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LiteOS移植_truncate liteos

作者：繁依Fanyi0 | 2024-03-12 22:56:01

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truncate liteos

                                          LiteOS移植

                                                                           象棋小子    1048272975

操作系统是用来管理系统硬件、软件及数据资源，控制程序运行，并为其它应用软件提供支持的一种系统软件。根据不同的种类，又可分为实时操作系统、桌面操作系统、服务器操作系统等。对于一些小型的应用，对系统实时性要求高，硬件资源有限等的情况下，应尽量避免使用复杂庞大的操作系统，使用小型的实时操作系统更能满足应用的需求。笔者此处就华为LiteOS物联网操作系统的移植作一个简单的介绍。

1. LiteOS概述

LiteOS是华为针对物联网领域推出的轻量级物联网操作系统，具有轻量级、低功耗、互联互通等特点，广泛应用于可穿戴设备、智能家居、车联网等领域。

LiteOS源码下载地址，https://github.com/LiteOS/LiteOS。源码主要有以下几个目录：

LiteOS源码目录

arch目录，该目录包含跟CPU体系结构相关的代码，LiteOS专为小内核架构设计，可以满足硬件资源受限的应用。当前的源码仅支持功耗、成本敏感的ARM Cortex-M以及MSP430这两种架构CPU。本文档以ARM7、ARM9、ARM11、Cortex-A的CPU架构为例，说明arch目录下CPU架构相关的接口移植。

components目录，该目录包含了一系列的组件。端云互通组件connectivity集成了LwM2M、nb_iot、mqtt等IoT互联互通协议栈。文件系统组件fs集成了vfs虚拟文件系统、fatfs、devfs等适合嵌入式使用的文件系统。net组件集成了lwip TCP/IP协议栈、at指令设备等。ota组件支持设备远程下载升级等等。

demos目录，该目录包含了LiteOS、components组件Demo代码。

doc目录，该目录包含了相应的文档说明。

include目录，该目录包含了components组件使用的头文件。

kennel目录，该目录包含LiteOS内核头文件和源码。

osdepends目录，该目录实现LiteOS封装CMSIS-RTOS接口标准，兼容CMSIS-RTOS应用程序。

targets目录，该目录包含了已经实现运行的相关板级工程。

tests目录，该目录包含了相应的测试代码。

2. 代码准备

Bootloader工程，Bootloader是s3c2416/50/51这系列arm9芯片在运行c代码main函数之前必须先运行的代码，启动代码支持sd、Nand启动，设置系统时钟，初始化内存，自动识别启动设备并搬移代码到RAM，MMU映射，中断管理等，只需专注于用c开发其它功能函数即可。关于Bootloader以及Bootloader的实现过程，笔者前面章节有非常详细的介绍。此处以MDK下移植LiteOS为讲解。

应用代码，用c开发的所有功能代码，其中，应用代码入口为main()函数，在这里实现LiteOS多任务运行代码。

3. LiteOS移植

3.1. LiteOS内核代码

把kernel目录拷贝到MDK工程，添加该目录如下C文件。

los_init.c文件。

base/core目录下所有C文件。

base/ipc目录下所有C文件。

base/mem/bestfit_little目录下所有C文件。

base/mem/common目录下所有C文件。

base/mem/membox目录下所有C文件。

base/misc目录下所有C文件

base/om目录下所有C文件

extended/tickless目录下所有C文件

内核文件

配置工程内核头文件路径。

内核头文件路径

3.2. OS_CONFIG目录

OS_CONFIG目录包含三个文件los_builddef.h、los_printf.h、target_config.h，其中los_builddef.h定义了内核编译的数据结构布局，相应的内核数据结构放在内核空间等等，无特殊需求可直接采用其它板级实现的该文件。los_printf.h定义了内核警告打印、报警输出等内核调试宏实现，可直接采用其它板级实现的文件。target_config.h为目标板级配置内核文件，该文件可以配置内核Tick、任务数、内存地址及大小等等，LiteOS是可裁减实时操作系统，可以根据实际的应用对内核未使用到的功能进行裁减以及配置，以进一步节省系统宝贵的硬件资源。

OS_CONFIG目录

3.3. arch目录

LiteOS内核管理需要切换任务上下文，开关中断禁止任务抢占保护临界区，内核超时、计时、延时等时间处理需要硬件定时器实现系统Tick。这些都是跟CPU架构相关的，需要进行移植，移植文件如下：

arch目录

3.3.1. los_hwi.h/los_hwi.c

los_hwi.h/los_hwi.c，该文件处理硬件中断相关的接口实现，如果配置LiteOS接管硬件中断，内核提供一套标准的中断管理API，实现中断初始化、中断注册、中断注销等操作。如果没有配置LiteOS接管硬件中断，或者应用层不使用这一套标准的中断管理接口，则该文件接口并不是必须实现的。

3.3.2. los_hw_tick.h/los_hw_tick.c

内核需要一个周期性硬件定时中断作为LiteOS的运行Tick，每个Tick需调用osTickHandler()来让内核管理时钟节拍。如果使能了内核Tickless功能，还需要实现重配置硬件定时器的接口，跟硬件定时器相关的接口在los_hw_tick.h/los_hw_tick.c文件实现。

3.3.2.1. osTickStart()接口

内核硬件定时器开启接口为osTickStart()，在接口中配置Timer4每秒钟产生100次(LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND)系统Tick。

3.3.3. los_hw.h/los_hw.c

内核需要实现任务调度、任务上下文切换、任务栈初始化、低功耗待机睡眠实现、开关中断，这些都是跟具体的硬件息息相关的。在los_hw.h/los_hw.c中实现相应的接口，由于任务上下文切换、开关中断，需要操作CPU内部寄存器，使用汇编语言才能处理，在los_dispatch_keil.S文件中实现这些汇编接口。

3.3.3.1. LOS_Schedule()接口

该接口决定任务是否进行调度，任务同步事件、IPC通信事件等可能会使更高优先级的任务就绪，从而需要调度。如果在中断执行过程中使高优先级任务就绪，此时只有中断上下文，不允许进行任务的调度。其他情况，只要有更高优先级的任务就绪，调度未上锁，则进行任务调度。

3.3.3.2. osTskStackInit()接口

该接口用来初始化任务栈，使创建的任务具有可运行的任务上下文，任务上下文入栈与出栈必须一一对应。

3.3.3.3. osEnterSleep()接口

LiteOS作为一款物联网操作系统，可以满足不同设备的低功耗需求。如果内核配置了低功耗选项，需要实现osEnterSleep()接口，内核在Idle任务将调用osEnterSleep()进入低功耗模式，等待中断、外部唤醒事件使CPU再次进入运行状态。

3.3.4. los_dispatch_keil.S

任务上下文切换、中断上下文切换、开关中断，需要操作CPU内部寄存器，使用汇编语言才能处理，在los_dispatch_keil.S文件中实现这些汇编接口。

3.3.4.1. LOS_IntLock()和LOS_IntRestore()接口

对于可抢占式操作系统，有一小段关键代码必须独占访问，如果有一个任务正在访问临界代码，则其它任务不能再进入该段代码，直到占有访问权的任务退出这个临界区。LiteOS在访问内核临界区时是通过LOS_IntLock()/LOS_IntRestore()这两个接口来确保临界区不被破坏。

3.3.4.2. LOS_StartToRun()接口

当用户通过LOS_Start()启动LiteOS内核进行管理时，LOS_Start ()会首先调用LOS_StartToRun ()来运行已创建任务中优先级最高的任务，LOS_StartToRun ()需完成以下工作：

(1) 禁止中断切换到管理模式,所有任务均工作在管理模式

(2) 标记LiteOS内核已启动运行，g_bTaskScheduled = 1

(3) 获取全局任务结构，把最新任务TCB设置为当前运行TCB

(4) 设置新的运行任务为运行状态

(5) 获取新运行任务栈指针，SP切换到任务栈

(6) 出栈SP中的任务栈，包括任务状态寄存器CPSR，R0-R12，LR，继续执行任务

3.3.4.3. osSchedule()接口

LiteOS通过osSchedule ()函数进行任务的调度，任务切换函数osSchedule ()需完成以下的工作：

(1) 保存当前任务的上下文(R0-R12，LR，任务打断的PC地址，状态寄存器CPSR)到当前任务栈中

(2) 如果任务切换钩子函数不为空，先调用g_pfnTskSwitchHook()钩子函数

(3) 由全局任务结构，获得运行任务栈指针，并把运行任务SP栈保存进栈指针

(4) 清除当前运行任务的运行状态

(5) 把新任务TCB设置为当前运行TCB

(6) 设置新的运行任务为运行状态

(7) 获取新运行任务栈指针，SP切换到任务栈

(8) 出栈新任务的上下文，执行新任务

3.3.4.4. IRQ_SaveContext()接口

任何异常发生时，均会打断任务，进入异常应先保存当前任务的上下文到当前任务栈中，之后再执行异常处理。IRQ异常也不例外，因为LiteOS需要一个定时器中断Tick，因此IRQ处理也是移植的一部分，IRQ_SaveContext()需完成以下工作:

(1) 临时性使用到一些寄存器，对用到的寄存器压栈到IRQ栈上

(2) 切换到管理模式，禁止中断，任务运行在管理模式，这步将切换SP到被中断打断的任务栈上

(3) 把被打断任务的上下文压入任务的栈

(4) 跟踪中断嵌套计数，判断是任务被中断还是中断嵌套，中断嵌套不用更新任务栈

(5) 非中断嵌套，根据当前任务TCB(任务控制块)获得栈指针，并把打断任务SP栈保存进栈指针

(6) 中断嵌套计数加1

(7) 切换到系统模式，并压栈LR，这步是为了使用系统模式栈来处理中断函数，减轻任务栈的使用

(8) 调用IRQ_Handler()函数实质处理IRQ中断服务，在中断服务中可再打开IRQ中断，支持中断嵌套

(9) 中断服务执行完后，出栈LR，并切换到管理模式，禁止中断，此时SP将切换到被打断任务的任务栈上

(10) 中断嵌套计数减1，如果中断嵌套计数OSIntNesting为0，则说明所有中断退出，将调用LOS_Schedule()进行新任务切换，继续执行任务

(11) 如果中断嵌套计数OSIntNesting不为0，中断未全部退出，则出栈上一个中断的上下文，执行被嵌套的上一级中断

4. 用户代码

在main()函数中需调用LOS_KernelInit()初始化内核，创建任务后，再调用LOS_Start()把CPU管理权交给内核。内核即可正确地管理用户的任务。

  1. #include "ProjectConfig.h"
  2.  
  3. #include "Speed.h"
  4.  
  5. #include "Uart.h"
  6.  
  7. #include "Timer.h"
  8.  
  9. #include "Gpio.h"
  10.  
  11. #include "math.h"
  12.  
  13.  
  14.  
  15. #include "los_base.h"
  16.  
  17. #include "los_task.ph"
  18.  
  19. #include "los_typedef.h"
  20.  
  21. #include "los_sys.h"
  22.  
  23.  
  24.  
  25. static UINT32 g_start_tskHandle;
  26.  
  27. static UINT32 g_task1_tskHandle;
  28.  
  29. static UINT32 g_task2_tskHandle;
  30.  
  31. static UINT32 g_task3_tskHandle;
  32.  
  33.  
  34.  
  35. void Task3(void *pdata)
  36.  
  37. {
  38.  
  39.       (void)pdata;
  40.  
  41.       while (1) {
  42.  
  43.             Gpio_LED3(1);
  44.  
  45.             LOS_TaskDelay(100); // LED3 1000ms闪烁
  46.  
  47.             Gpio_LED3(0);
  48.  
  49.             LOS_TaskDelay(100); // LED3 1000ms闪烁      
  50.  
  51.       }
  52.  
  53. }
  54.  
  55.  
  56.  
  57. void Task2(void *pdata)
  58.  
  59. {
  60.  
  61.       int n;    
  62.  
  63.       (void)pdata;
  64.  
  65.       n = 1;
  66.  
  67.       while (1) {
  68.  
  69.             printf("Task2: n=%d, square root %f\n", n, sqrt(n));
  70.  
  71.             n += 1;
  72.  
  73.             LOS_TaskDelay(700);
  74.  
  75.       }
  76.  
  77. }
  78.  
  79.  
  80.  
  81. void Task1(void *pdata)
  82.  
  83. {
  84.  
  85. #define PI 3.14159f  
  86.  
  87.       float r;  
  88.  
  89.       (void)pdata;
  90.  
  91.       r = 1.0f;
  92.  
  93.       while (1) {
  94.  
  95.             printf("Task1: r=%.1f, s=%.2f\n", r, PI*r*r);
  96.  
  97.             r += 1.0f;
  98.  
  99.             LOS_TaskDelay(200);
  100.  
  101.       }
  102.  
  103. }
  104.  
  105.  
  106.  
  107. void TaskStart(void)
  108.  
  109. {
  110.  
  111.       UINT32 uwRet;
  112.  
  113.       TSK_INIT_PARAM_S task_init_param;
  114.  
  115.       Gpio_Init();
  116.  
  117.      
  118.  
  119.       task_init_param.usTaskPrio = 1;
  120.  
  121.       task_init_param.pcName = "task1";
  122.  
  123.       task_init_param.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Task1;
  124.  
  125.       task_init_param.uwStackSize = 0x1000;
  126.  
  127.       uwRet = LOS_TaskCreate(&g_task1_tskHandle, &task_init_param);
  128.  
  129.       if (uwRet != LOS_OK) {
  130.  
  131.             printf("task1 failed\n");
  132.  
  133.       }
  134.  
  135.      
  136.  
  137.       task_init_param.usTaskPrio = 1;
  138.  
  139.       task_init_param.pcName = "task2";
  140.  
  141.       task_init_param.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Task2;
  142.  
  143.       task_init_param.uwStackSize = 0x1000;
  144.  
  145.       uwRet = LOS_TaskCreate(&g_task2_tskHandle, &task_init_param);
  146.  
  147.       if (uwRet != LOS_OK) {
  148.  
  149.             printf("task2 failed\n");
  150.  
  151.       }
  152.  
  153.      
  154.  
  155.       task_init_param.usTaskPrio = 1;
  156.  
  157.       task_init_param.pcName = "task3";
  158.  
  159.       task_init_param.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Task3;
  160.  
  161.       task_init_param.uwStackSize = 0x1000;
  162.  
  163.       uwRet = LOS_TaskCreate(&g_task3_tskHandle, &task_init_param);
  164.  
  165.       if (uwRet != LOS_OK) {
  166.  
  167.             printf("task3 failed\n");
  168.  
  169.       }
  170.  
  171.      
  172.  
  173.       while (1) {
  174.  
  175.             Gpio_LED2(1);
  176.  
  177.             LOS_TaskDelay(50); // LED2 500ms闪烁
  178.  
  179.             Gpio_LED2(0);
  180.  
  181.             LOS_TaskDelay(50); // LED2 500ms闪烁
  182.  
  183.       }
  184. }
  185.  
  186.  
  187.  
  188. int  main (void)
  189.  
  190. {   
  191.  
  192.       UINT32 uwRet;
  193.  
  194.       TSK_INIT_PARAM_S task_init_param;
  195.  
  196.      
  197.  
  198.       Uart_Init();
  199.  
  200.       printf("CPU:   S3C2416@%dMHz\n", get_ARMCLK()/1000000);
  201.  
  202.       printf("       Fclk = %dMHz, Hclk = %dMHz, Pclk = %dMHz\n",
  203.  
  204.                   get_FCLK()/1000000, get_HCLK()/1000000, get_PCLK()/1000000);
  205.  
  206.      
  207.  
  208.       uwRet = LOS_KernelInit();
  209.  
  210.       if (uwRet != LOS_OK) {
  211.  
  212.             return LOS_NOK;
  213.  
  214.       }
  215.  
  216.      
  217.  
  218.       task_init_param.usTaskPrio = 0;
  219.  
  220.       task_init_param.pcName = "start";
  221.  
  222.       task_init_param.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)TaskStart;
  223.  
  224.       task_init_param.uwStackSize = 0x1000;
  225.  
  226.       uwRet = LOS_TaskCreate(&g_start_tskHandle, &task_init_param);
  227.  
  228.       if(LOS_OK != uwRet) {
  229.  
  230.             return uwRet;
  231.  
  232.       }
  233.  
  234.  
  235.  
  236.       LOS_Start();
  237.  
  238.       return 0;
  239.  
  240. }

运行LiteOS

5. 附录

本篇LiteOS接口部分的移植对于ARM7、ARM9、ARM11、Cortex-A都是适用的，不同型号的CPU只需加入定时器产生系统Tick，通过调用osTickHandler()来让内核管理时钟节拍。总的来说，熟悉一款操作系统的工作原理，了解其任务调度、信号量同步、临界区访问等概念，对学习其它操作系统、多线程编程等均是有很较大的帮助的。

https://pan.baidu.com/s/19Xv3VESKKF88RAJJ6LSqkw

提取码：wvy8

 

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