LiteOS树莓派移植指南（二)

移植介绍

对于嵌入式设备，由于芯片型号和外设差异较大，且资源有限，所以物联网操作系统无法像 Windows/Linux 那样适配集成所有驱动，因此通常会先适配部分芯片/开发板。为了让操作系统运行在其他芯片/开发板上，首先需要进行移植。

硬件信息

开发板：Raspberry Pi 3 Model B（树莓派3B）

CPU：Broadcom BCM2837

主频：1.2GHz

内存：1GB

Gpu: VideoCore IV GPU

移植准备

由于armv8-A AArch32 完全向后兼容armv7，因此可以通过参考树莓派2B《LiteOS树莓派移植指南》来适配树莓派3B。

硬件环境

本次移植使用了Raspberry Pi 3 Model B开发板、USB转TTL模块、SDcard和读卡器。

软件环境

本次移植需要先按照码云(gitee)上的LiteOS教程搭建好linux开发环境（make、arm-none-eabi编译工具链）。环境搭建教程为：https://gitee.com/LiteOS/LiteOS/blob/master/doc/LiteOS_Build_and_IDE.md。

本次移植需要下载树莓派官方的镜像制作工具（Raspberry Pi Imager），

-为：https://www.raspberrypi.org/software/ 。

移植步骤

在Raspberry_Pi3B开发板上移植适配LiteOS的主要步骤如下：

创建目录结构

在targets目录下复制Raspberry_Pi2B目录并重命名为Raspberry32_Pi3B。拷贝targets\qemu-virt-a53\include\asm\dma.h文件到Raspberry32_Pi3B\include\asm目录下：

目录/文件

说明

Inc

芯片外设配置的头文件

include

系统相关配置头文件

os_adapt

适配的接口文件

Src

芯片外设配置的源文件

liteos.ld

当前开发板工程的链接文件

Makefile

当前开发板工程的Makefile

los_startup_gcc.S

芯片启动文件

表1 目录结构

设置异常向量表

在los_startup_gcc.S中设置System Control Register寄存器的第13bit为0，表示异常向量表的基地址从0开始。代码如下所示：

/* set vector base 0x00000000 */ mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 bic r0, #(1 << 13) mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0

System Control Register寄存器第13bit如下所示：

[13]

V

V Vectors bit. This bit selects the base address of the exception vectors:

0：Normal exception vectors, base address 0x00000000. Software can remap this base address usingthe VBAR.

1：High exception vectors, base address 0xFFFF0000. This base address is never remapped.The primary input VINITHI defines the reset value of the V bit.

添加MMU功能

MMU（Memory Management Unit）：主要用于虚拟地址到物理地址的转换和访问权限控制。更多MMU功能请参考文末链接。

• 设置L1页表表项

在main.c增加如下设置L1页表表项代码（本次MMU只涉及L1页表），将4G虚拟内存线性映射到物理地址。

VOID MmuSectionInit(VOID) { UINT32 ttbBase = (UINTPTR)g_firstPageTable; /* First clear all TT entries - ie Set them to Faulting */ (VOID)memset_s((VOID *)(UINTPTR)ttbBase, MMU_16K, 0, MMU_16K); /* Set all mem 4G as uncacheable & rw first */ X_MMU_SECTION(0, 0, (MMU_4G >> SHIFT_1M), UNCACHEABLE, UNBUFFERABLE, ACCESS_RW, NON_EXECUTABLE, D_CLIENT); X_MMU_SECTION(0, 0, ((AUX_BASE - 1) >> SHIFT_1M), CACHEABLE, BUFFERABLE, ACCESS_RW, EXECUTABLE, D_CLIENT); }

• 在los_startup_gcc.S文件中添加以下代码开启MMU

1.无效TLB所有表项

mcr p15, #0, r0, c8, c7, #0

注：TLB（Translation Lookaside Buffer）相当于页表的Cache。

2.设置DOMAIN0和DOMAIN01的访问权限

mov r0, #(DOMAIN0 | (DOMAIN1 << 2)) mcr p15, 0, r0, c3, c0

注：CP15中的寄存器C3定义了ARM处理器的16个域的访问权限。（具体请参考文末相关文档）

3.设置MMU L1页表基地址

ldr r0, =g_firstPageTable mcr p15, #0, r0, c2, c0, #0

4.开启MMU和cache

/* enable mmu */ mrc p15, #0, r0, c1, c0, #0 orr r0, r0, #1 mcr p15, #0, r0, c1, c0, #0 /* enable icache */ mrc p15, #0, r0, c1, c0, #0 orr r0, r0, #(1 << ICACHE_BIT) mcr p15, #0, r0, c1, c0, #0 mrc p15, #0, r0, c1, c0, #0 orr r0, r0, #(1 << DCACHE_BIT) mcr p15, #0, r0, c1, c0, #0

注：更多协处理器请参考链接：https://developer.arm.com/documentation/ddi0464/f?lang=en 。

添加SMP功能

• 在los_startup_gcc.S文件中增加如下代码：

1. 增加获取cpu id代码

mrc p15, 0, r11, c0, c0, 5 and r11, r11, #MPIDR_CPUID_MASK

MPIDR寄存器bit[1:0]如下所示：

[1:0]

CPU ID

Indicates the processor number in the Cortex-A7 MPCore processor. For:

• One processor, the CPU ID is 0x0.

• Two processors, the CPU IDs are 0x0 and 0x1.

• Three processors, the CPU IDs are 0x0, 0x1, and 0x2.

• Four processors, the CPU IDs are 0x0, 0x1, 0x2, and 0x3.

2.增加如下判断（用于避免全局资源重复初始化）：

cmp r11, #0 bne excstatck_loop_done

3. 增加其他核入口（secondary_cpu_start函数具体实现请参考main.c中的实现）：

cpu_start: #ifdef LOSCFG_APC_ENABLE bl setup_mmu #ifdef LOSCFG_KERNEL_SMP bl secondary_cpu_start #endif #endif b .

• 在main.c中添加如下代码：

for (coreId = 1; coreId < LOSCFG_KERNEL_CORE_NUM; coreId++) { /* per cpu 4 mailbox */ mailbox->writeSet[coreId * 4 + MAILBOX3_IRQ - MAILBOX0_IRQ] = (UINT32)reset_vector; asm volatile ("sev"); } while (LOS_AtomicRead(&g_cpuNum) < LOSCFG_KERNEL_CORE_NUM) { asm volatile("wfe"); }

注：主核通过mailbox机制唤醒其他核，并等待其他核启动。

• 在drivers/interrupt/arm_control.c文件添加ipi中断代码。参考树莓派官方芯片手册中的mailbox机制来实现HalIrqSendIpi函数和HalSmpIrqInit函数。

适配编译配置

• 在targets/kconfig.raspberry文件添加如下代码：

config LOSCFG_PLATFORM_RASPBERRY32_PI3B bool "Raspberry32_Pi3B" select LOSCFG_ARCH_CORTEX_A53_AARCH32 select LOSCFG_USING_BOARD_LD select LOSCFG_PLATFORM_ARM_CONTROL select LOSCFG_RASPBERRY_PI_SYSTICK

• 修改以下Makefile：

driver/timer/Makefile driver/interrupt/Makefile targets/Raspberry32_Pi3B/Makefile

注：树莓派3B开启SMP功能后systick使用generic time，否则使用arm side timer。

制作启动SDcard

使用Raspberry Pi Imager工具制作Raspberry Pi系统。

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3B中并上电，树莓派3B即可运行LiteOS系统。

运行结果如下：

********Hello Huawei LiteOS******** LiteOS Kernel Version : 5.1.0 Processor : Cortex-A53 * 4 Run Mode : SMP build time : Aug 21 2021 10:15:24 ********************************** OsAppInit cpu 0 entering scheduler cpu 1 entering scheduler cpu 2 entering scheduler cpu 3 entering scheduler 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：https://gitee.com/LiteOS/LiteOS/tree/master/targets/Raspberry32_Pi3B 。

相关文档地址

MMU 访问权限控制：https://blog.csdn.net/llf021421/article/details/6330102

MMU 访问权限控制：https://blog.csdn.net/llf021421/article/details/6330102

MMU cache和writebuffer：https://blog.csdn.net/fcglx/article/details/87924578

MMU 页表：https://blog.csdn.net/czg13548930186/article/details/74979222

树莓派官方芯片手册：

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

结语

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：https://gitee.com/LiteOS/LiteOS/tree/master/targets/APM32F103_Geehy

感谢您的阅读，有任何问题、建议，都可以留言给我们，让我们一起进步：

https://gitee.com/LiteOS/LiteOS/issues

为了更容易找到“LiteOS”代码仓，建议访问https://gitee.com/LiteOS/LiteOS，关注“ Watch”、“Star”、并“Fork”到自己账号下，如下图。

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