手把手带你做LiteOS的树莓派移植

女爷i 2022-09-15 15:51 372阅读 0赞

> **摘要：**树莓派是英国的慈善组织“Raspberry Pi 基金会”开发的一款基于arm的微型电脑主板。本文介绍基于LiteOS的树莓派移植过程。

本文分享自华为云社区《[2021 LiteOS树莓派移植指南(一)][2021 LiteOS]》，作者： Lionlace 。

树莓派是英国的慈善组织“Raspberry Pi 基金会”开发的一款基于arm的微型电脑主板。本文介绍基于LiteOS的树莓派移植过程。

## **硬件信息** ##

**开发板**：Raspberry Pi 2 Model B（树莓派2B）

**CPU**：Broadcom BCM2836

**主频**：900MHz

**内存**：1GB

**GPU**：VideoCore IV GPU

## **移植准备** ##

### **硬件环境** ###

本实验使用了Raspberry Pi 2 Model B开发板、USB转TTL模块、SDcard和读卡器。

### **软件环境** ###

*  本实验需要先按照码云上的LiteOS教程搭建好linux环境（make、arm-none-eabi编译工具链）。环境搭建教程：https://gitee.com/LiteOS/LiteOS/blob/master/doc/LiteOS\_Build\_and\_IDE.md
 *  本实验需要下载官方的镜像制作工具（Raspberry Pi Imager），下载地址：https://www.raspberrypi.org/software/

## **移植步骤** ##

### **创建目录结构** ###

在targets目录下新增Raspberry\_Pi2B目录，参考与cortex-A7架构差异较小的realview-pbx-a9的启动流程进行移植。

*  将realview-pbx-a9目录下的reset\_vector.S和main.c拷贝到Raspberry\_Pi2B目录下并将reset\_vector.S重命名为los\_startup\_gcc.S。
 *  将realview-pbx-a9目录下的board.ld和liteos.ld中内容合并到Raspberry\_Pi2B目录下liteos.ld文件中。
 *  拷贝realview-pbx-a9目录下include、os\_adapt文件夹到Raspberry\_Pi2B目录下，并删除不需要的dma相关头文件include/asm/dma.h。

### **关闭SMP和MMU** ###

在los\_startup\_gcc.S文件中增加关闭SMP和MMU的代码。

*  **关闭SMP功能**

mrc p15, 0, r0, c1, c0, 1
    bic r0, r0, #0x40
    mcr p15, 0, r0, c1, c0, 1

![ffd4e84351327f600c01f2b62dd2fd9b.png][]

上表是ACTLR（Auxiliary Control Register）寄存器bit6功能描述信息，了解更多寄存器相关信息可以参考Cortex-A7 MPCore Technical Reference Manual。

*  **关闭MMU的功能**

mrc     p15, #0, r0, c1, c0, #0
    bic     r0, r0, #1
    mcr     p15, #0, r0, c1, c0, #0    @ clear mmu bit

![39eab135340cb0306155d3634ab43806.png][]

上表是SCTLR （System Control Register）寄存器bit0功能描述信息，了解更多寄存器相关信息可以参考Cortex-A7MPCore Technical Reference Manual。

*  **删除调用SMP相关函数**

删除los\_startup\_gcc.S中的enable\_scu和secondary\_cpu\_start。

## **使能FPU/ENON** ##

### 配置FPU/NEON： ###

/* enable fpu+neon */
    LDR     r0, =(0xF << 20)
    MCR     p15, 0, r0, c1, c0, 2
    MOV     r3, #0x40000000
    VMSR    FPEXC, r3

以上前两行代码用于设置CP10和CP11的访问权限，后两行用于设置寄存器FPEXC的EN位来使能FPU。

**注**：在arm的协处理器设计中，最多可以支持16个协处理器，通常被命名为cp0～cp15。

![20735d935e0f3055b72c6590ba62efb5.png][]

上表为寄存器CPACR bit20-23功能描述信息，了解更多寄存器相关信息可以参考Cortex-A7 MPCore Technical Reference Manual。

## **修改链接脚本** ##

树莓派启动时首先加载SD卡中的start.elf文件，该程序会读取SD卡中的config.txt文件内容，该文件记录了一些配置信息。如果没有设置启动地址和启动文件，则默认会加载kernel8.img文件，该文件是aarch64编译的程序，启动地址为0x80000。如果SD卡中无kernel8.img镜像文件，则会加载kernel7.img镜像文件，该文件是32位编译器编译的程序，启动地址为0x8000。树莓派2B的cpu是32位架构，因此设置liteos.ld文件中启动地址为0x8000。

## **栈初始化** ##

树莓派2B启动文件los\_startup\_gcc.S中只设置了SVC模式的sp寄存器，新增cpuInit函数来初始化其他模式的sp指针。如下所示：

VOID cpuInit(VOID)
    {
        __asm__ (
        "msr    cpsr_c, %1\n\t"
        "mov    sp,     %0\n\t"
        "msr    cpsr_c, %3\n\t"
        "mov    sp,     %2\n\t"
        "msr    cpsr_c, %5\n\t"
        "mov    sp,     %4\n\t"
        "msr    cpsr_c, %7\n\t"
        "mov    sp,     %6\n\t"
        "msr    cpsr_c, %8\n\t"
            :
            : "r" (__irq_stack_top),
              "I" (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | CPSR_IRQ_MODE),
              "r" (__abt_stack_top),
              "I" (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | CPSR_ABT_MODE),
              "r" (__undef_stack_top),
              "I" (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | CPSR_UNDEF_MODE),
              "r" (__fiq_stack_top),
              "I" (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | CPSR_FIQ_MODE),
              "I" (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | CPSR_SVC_MODE)
            : "r14");
    }

## **配置动态内存地址** ##

#define OS_SYS_MEM_ADDR        ((void *)(&__bss_end))
    #define LOS_HEAP_ADDR_END      (void*)(0x0 + 4 * 1024 * 1024)
    #define OS_SYS_MEM_SIZE        (UINT32)(((UINT32)LOS_HEAP_ADDR_END - (UINT32)OS_SYS_MEM_ADDR + (64 - 1)) & ~(64 - 1))

以上代码定义OS\_SYS\_MEM\_ADDR为动态内存起始地址，LOS\_HEAP\_ADDR\_END为动态内存结束地址，OS\_SYS\_MEM\_SIZE为动态内存大小。

## **串口实现** ##

树莓派2B原理图引出了mini\_uart串口TXD0、RXD0，对应的引脚为GPIO14、GPIO15，如下图所示：

![6f4aa02edea0c7f8ee688a325eb32d74.png][]

创建usart.c和usart.h文件，在usart.c中编写串口初始化函数UartInit，并实现uart\_debug.c文件中uart\_getc、uart\_hwiCreate、uart\_write接口，实现printf函数从串口输出。

## **适配中断** ##

树莓派2B的中断属于bcm特定的中断控制器。在drivers/interrupt目录下新增arm\_control.c文件，并在该文件中实现HwiControllerOps结构体内的回调函数。

STATIC const HwiControllerOps g_armControlOps = {
        .enableIrq      = HalIrqUnmask,
        .disableIrq     = HalIrqMask,
        .getCurIrqNum   = HalCurIrqGet,
        .getIrqVersion  = HalIrqVersion,
        .getHandleForm  = HalIrqGetHandleForm,
        .handleIrq      = IrqEntryArmControl,
        .clearIrq       = HalIrqClear,
        .triggerIrq     = HalIrqPending,
    };

![c70d849cc1925e9174f34242bfa10330.png][]

以上表格是interrupt寄存器偏移地址，读者想了解详细寄存器相关信息请参考官方芯片手册。

## **适配systick** ##

树莓派2B通过Timer(arm side)来触发systick中断。具体操作细节请参考文件：drivers\\timer\\rasp\_systick.c。

/* systime=250000000 */
    timer->preDivider = (OS_SYS_CLOCK / OS_SYS_US_PER_SECOND - 1);
    timer->reload   = 0;    
    timer->load     = 0;    
    timer->IRQClear = 0;    
    timer->control  = 0;    
    timer->reload   = LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND;    
    timer->load     = LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND;    
    /* 23-bit counter, enable interrupt, enable timer */    timer->control = (1 << 1) | (1 << 5) | (1 << 7);    
    UINT32 ret = LOS_HwiEnable(ARM_TIMER_INI);

以上代码配置定时器Timer为每1ms触发一次systick中断。

![2b853af07b52bb59515a6069a2653b55.png][]

以上是Timer寄存器偏移地址，读者想了解详细寄存器相关信息请参考官方芯片手册。

## **配置编译** ##

### 在targets目录下新增kconfig.raspberry文件： ###

ConfigLOSCFG_PLATFORM
        config LOSCFG_PLATFORM
        string
        default "Raspberry_Pi2B"      if LOSCFG_PLATFORM_Raspberry_Pi2B
    choice
        prompt "Board"
        depends on LOSCFG_FAMILY_RASPBERRY
        default LOSCFG_PLATFORM_Raspberry_Pi2B
        help
          Raspberry_Pi2B
    config LOSCFG_PLATFORM_Raspberry_Pi2B
        bool "Raspberry_Pi2B"
        select LOSCFG_ARCH_CORTEX_A7
        select LOSCFG_USING_BOARD_LD
        select LOSCFG_PLATFORM_ARM_CONTROL
        select LOSCFG_Raspberry_Pi2B_SYSTICK
    endchoice

### 修改Makefile文件 ###

分别修改以下路径Makefile（详情请参考gitee仓库对应文件）：driver/timer/Makefiledriver/interrupt/Makefiletargets/Raspberry\_Pi2B/Makefile

### 添加.img生成指令 ###

在根目录下Makefile中添加指令$(OBJCOPY) -O binary $(OUT)/$@.elf $(OUT)/kernel7.img，用来将生成的elf文件转换生成kernel7.img文件。

## **制作启动SDcard** ##

*  使用Raspberry Pi Imager工具制作Raspberry Pi系统。

![c3578092194dd8973ff77b57ffcef5c4.png][]

Raspberry Pi Imager 下载链接：https://www.raspberrypi.org/software/

*  将编译生成的kernel7.img文件替换掉SDcard中kernel7.img文件。
 *  将写入镜像文件的SDcard插入树莓派2B中并上电，树莓派2B即可运行LiteOS系统。运行结果如下：

********Hello Huawei LiteOS********
    LiteOS Kernel Version : 5.1.0
    build data : Jul 13 2021 16:40:42
    **********************************
    OsAppInit
    cpu 0 entering scheduler
    app init!
    Hello, welcome to liteos demo!
    Huawei LiteOS #

至此，LiteOS系统成功启动和运行。该移植工程已经在Gitee LiteOS社区上线，相关代码链接地址为：[LiteOS: Huawei LiteOS开源代码官方主仓库.LiteOS Studio 开发工具请访问https://gitee.com/LiteOS/LiteOS\_Studio - Gitee.com][LiteOS_ Huawei LiteOS_.LiteOS Studio _https_gitee.com_LiteOS_LiteOS_Studio - Gitee.com]

## **参考文献链接** ##

\[1\] Raspberry Pihardware - Raspberry Pi Documentation：https://www.raspberrypi.org/documentation/hardware/raspberrypi/README.md

\[2\] 树莓派官方芯片手册：

https://datasheets.raspberrypi.org/bcm2835/bcm2835-peripherals.pdf

\[3\] Cortex-A7 MPCore Technical Reference Manual：

https://developer.arm.com/documentation/ddi0464/f?lang=en

**[点击关注，第一时间了解华为云新鲜技术~][Link 1]**

[2021 LiteOS]: https://link.zhihu.com/?target=https%3A//bbs.huaweicloud.com/blogs/303498%3Futm_source%3Dzhihu%26utm_medium%3Dbbs-ex%26utm_campaign%3Diot%26utm_content%3Dcontent
[ffd4e84351327f600c01f2b62dd2fd9b.png]: /images/20220828/3a61ef5fdf044670ab5cb7b40991b5f1.png
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[LiteOS_ Huawei LiteOS_.LiteOS Studio _https_gitee.com_LiteOS_LiteOS_Studio - Gitee.com]: https://gitee.com/LiteOS/LiteOS/tree/master/targets/Raspberry_Pi2B
[Link 1]: https://link.zhihu.com/?target=https%3A//bbs.huaweicloud.com/blogs/303500%3Futm_source%3Dzhihu%26utm_medium%3Dbbs-ex%26utm_campaign%3Diot%26utm_content%3Dcontent