HCIA-HarmonyOS设备开发认证V2.0-3.轻量系统内核基础

一、前言

• 内核是一个操作系统的运算核心，决定着系统的性能和稳定性。它是基于硬件的第一层软件扩充，提供操作系统的基础功能，负责管理系统的进程、内存、外设驱动、文件和网络系统。
• 本章主要讲述轻量系统内核LiteOS-M的基本原理，包括内核基础，内存管理，内存通信机制，以及内核扩展组件。

二、LiteOS-M系统概述

是面向 IoT 领域构建的轻量级物联网操作系统内核，具有小体积、低功耗、高性能的特点。其代码结构简单，主要包括内核最小功能集、内核抽象层、可选组件以及工程目录等。支持驱动框架 HDF（Hardware Driver Foundation），统一驱动标准，为设备厂商提供了更统一的接入方式，使驱动更加容易移植，力求做到一次开发，多系统部署。

三、内核框架

• LiteOS-M 内核架构包含硬件相关层以及硬件无关层，其中硬件相关层按不同编译工具链、芯片架构分类，提供统一的 HAL（Hardware Abstraction Layer）接口，提升了硬件易适配性，满足 AIoT 类型丰富的硬件和编译工具链的拓展；其他模块属于硬件无关层，其中基础内核模块提供基础能力，扩展模块提供网络、文件系统等组件能力，还提供错误处理、调测等能力，KAL（Kernel Abstraction Layer）模块提供统一的标准接口。

  

3.1、CMSIS 和 POSIX 整体架构

• CMSIS（Cortex Microcontroller Software Interface Standard, 微控制器软件接口标准）和POSIX（Portable Operating System Interface, 可移植操作系统接口）都是可移植操作接口的标准，属于应用接口层，可增强应用软件的可移植性，降低开发难度。
  

• CMSIS 架构

  • CMSIS是对于那些基于ARM Cortex处理器的微控制器独立于供应商的硬件抽象层。它包含多个组件层，其中之一是RTOS层，该层定义了一套通用及标准化的RTOS API接口，减少了应用开发者对特定RTOS的依赖，方便用户软件的移植重用。

  

• POSIX 架构

  • POSIX是API的一系列互相关联标准的总称。
  • 对于目前大多数的RTOS实时操作系统，不支持使用内存管理单元。
  • 文件系统包括虚拟文件系统，网络文件系统，文件配置表等内容。
  • 扩展内核：异常管理，动态加载等
  • 基础内核：时间管理，内存管理，IPC通信，任务同步，硬件管理，任务调度。

  

3.2、LiteOS-M内核启动流程

LiteOS-M已经支持ARM Cortex-M3、ARM Cortex-M4、ARM Cortex-M7、ARM CortexM33、RISC-V、Xtensa、C-SKY等主流架构。
在开发板配置文件target_config.h配置系统时钟、每秒Tick数，可以对任务、内存、IPC、异常处理模块进行裁剪配置。系统启动时，根据配置进行指定模块的初始化。内核启动流程包含外设初始化、系统时钟配置、内核初始化、操作系统启动等。

四、内核基础

4.1、任务管理

LiteOS-M 任务管理

4.2、时间管理

LiteOS-M 时间管理

4.3、中断管理

LiteOS-M 中断管理

4.4、软件定时器

LiteOS-M 软件定时器

五、内存管理

5.1、静态内存(待续)

5.2、动态内存(待续)

六、内核通信机制

6.1、事件event(待续)

6.2、互斥锁Mux(待续)

6.3、消息队列Queue(待续)

6.4、信号量Sem(待续)

七、内核扩展组件

7.1、CPU占用率(待续)

7.2、动态加载(待续)