上海交大ARM培訓(xùn)Nucleus介紹

1、內(nèi)容提要 概述 Nucleus PLUS介紹 Nucleus開發(fā)環(huán)境Nucleus嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)產(chǎn)品概況 美國ATI（Accelerated Technology Inc.）公司出品 提供完全源代碼，無產(chǎn)品版稅（Royalties Free） 模塊化結(jié)構(gòu)，可隨意裁剪 支持幾乎所有的嵌入式微處理器 開發(fā)應(yīng)用非常方便：無BSP開發(fā)可移植性強(qiáng) 目前在源碼RTOS市場占據(jù)第一位ATI公司簡介 成長歷程1990 發(fā)布Nucleus RTX for AMD29k1993 第一家商用 RTOS for ARM61997 -第一家商用 RTOS for PPC6011998 位列全球增長最快的500

2、家企業(yè)之中1999 - 2000 w Motorola 黃金搭檔 1999, 2000w 軟件, 位列500 強(qiáng)1999, 2000w 財(cái)富, 位列最快500強(qiáng) 1999, 2000w Nucleus EDE, 嵌入式產(chǎn)品10佳, 電子工業(yè)年報(bào), 1999 Accelerated Technology, Inc.成立于 1990年平均增長率: 70% 加入著名的Mentor Graphics公司ATI公司簡介 ATI的使命Provide embedded software developers the widest choice of affordable products with sour

3、ce code.+ 無產(chǎn)品版稅無產(chǎn)品版稅+ 強(qiáng)而大的公司強(qiáng)而大的公司+ 全方位的產(chǎn)品線全方位的產(chǎn)品線+ 低價(jià)格低價(jià)格+ 源代碼源代碼+ 強(qiáng)大的技術(shù)支持強(qiáng)大的技術(shù)支持Nucleus 產(chǎn)品線一覽產(chǎn)品線一覽系統(tǒng)內(nèi)核（Kernel）文件系統(tǒng)圖形軟件包（Grafix）開發(fā)工具(Develop tools)TCP/IP協(xié)議包（Nucleus NET）Nucleus 產(chǎn)品線一覽產(chǎn)品線一覽 Kernels系統(tǒng)內(nèi)核(Plus,C+,OSEK)FMMDrivers FloppySCSIIDEPCMCIAATAPCMCIAPlug&play*Drivers 1394/FIREWIRE*SerialPCI#U

4、SB*lRe_entrant DynamicDownload#MemoryMgt.Unit#Kernel Object Access(Nucleus Debug+)C Library(Nucleus CLIB)DriverRAMFileSystemVGALCDKeyboardTouch ScreenMouseBasicServicesDriversGUIGUINucleus 產(chǎn)品線一覽產(chǎn)品線一覽 Grafix圖形軟件包圖形軟件包(Nucleus GRAFIX)Email Client#Nucleus 產(chǎn)品線一覽產(chǎn)品線一覽 Nucleus Net Net DriversPCMICAEtherne

5、tPPPSLIPEmailPOP3 ClientSMTP(cli/serv)MIME#TCP/IPTCP/IP軟件包軟件包(Nucleus NET)(Nucleus span)RIP2OSPF#Spanning TreeJava(Nucleus JVi*)SNMPv2TFTP ClientHTTP Client#TFTP ServerFTP ClientFTP serverWeb ServerSNMPv3RMONv2SNMPv1TelnetRMONv1RMONv1 Lite#(Nucleus Webservl)Nucleus開發(fā)工具Green HillsDiab-SDSIARParadigmC

6、AD-ULLauterbachEPITaskingARMNucleusMNTEDEUDBMicrosoftDBG+OthersNucleus支持的部分CPUIntel: x86, StrongARM, i960Motorola: 680 x0, 683xx, 68HCxx, PowerPC, ColdFire,M-coreHitachi: H8/300H, H8S, SH1/2/3/4NEC: V8xxNS: CR16A/B, CR32AOther: C167, TriCore, CPP48k, M16C/80 ARM: ARM6/7/9, Atmel, Cirrus logic, Hyund

7、ai, Samsung, TI MIPS: Atlas, IDT, Lexra, LSI, NEC, NKK, QED, Toshiba DSP: AD, TI Nucleus的應(yīng)用Nucleus導(dǎo)航手機(jī)路由GPSPDA醫(yī)療控制網(wǎng)絡(luò)汽車電子智能卡通信設(shè)備機(jī)頂盒工業(yè)自動化 81電訊 234軍事/航空 13醫(yī)療 42消費(fèi)電子 92計(jì)算機(jī)/外設(shè) 57汽車 23互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備 57網(wǎng)絡(luò)/數(shù)據(jù)通信 96實(shí)驗(yàn)室設(shè)備 42辦公設(shè)備/自動零售業(yè) 7其他 308總數(shù)總數(shù)1052Nucleus主要嵌入式市場Design Wins January 1998 March 2000Nucleus PLUS提供的服務(wù)任務(wù)間同

8、步Nucleus Plus任務(wù)控制任務(wù)間通信存儲器管理中斷控制定時(shí)器/系統(tǒng)時(shí)鐘I/O設(shè)備驅(qū)動操作系統(tǒng)在產(chǎn)品開發(fā)中的位置 Board Hardware BSP RTOS ApplicationNucleus操作系統(tǒng)的基本功能 任務(wù)調(diào)度 任務(wù)通信 內(nèi)存管理 中斷處理 其他功能設(shè)備驅(qū)動圖形協(xié)議其他.系統(tǒng)啟動和存儲空間分配 Development Basics Start- crt0.s板級初始化- int.s 操作系統(tǒng)初始化 - inc.c應(yīng)用程序初始化循環(huán)調(diào)度custom- 如中斷向量表(.vectors).code -代碼段 .data - 初始化數(shù)據(jù)段.bss - 未初始化數(shù)據(jù)段.code.d

9、ata(initialized ).vectors.bss(uninitialized)RTOS的基本概念什么是任務(wù)（Task）？A task is a semi-independent programsegment with a dedicated purpose任務(wù)是具有特定目的的半獨(dú)立的程序段任務(wù)是Nucleus中最常用的應(yīng)用程序處理線程任務(wù)的屬性狀態(tài)、優(yōu)先級、時(shí)間片、堆棧、程序指針、寄存器什么是任務(wù) 優(yōu)先級 當(dāng)前的狀態(tài) 堆棧指針 .任務(wù)的屬性、信息都存放在任務(wù)控制塊中（TCB）PriorityStateStack *任務(wù)的屬性 狀態(tài)Ready - 就緒，等待執(zhí)行.Running - 正

10、在執(zhí)行.Suspended - 掛起，等待特定的事件觸發(fā).Finished - 已完成處理.傳統(tǒng)單任務(wù)的特點(diǎn)： 一個(gè)任務(wù)完成系統(tǒng)全部操作 單個(gè)執(zhí)行線索(execute thread) 單個(gè)堆?？臻g傳統(tǒng)單任務(wù)執(zhí)行 任務(wù)調(diào)度執(zhí)行 A single task/* Main control of program */main() . do_something(); ./* A function to do something */void do_something() .stack多任務(wù)模式 任務(wù)調(diào)度執(zhí)行 Task 3/* Main control of program */main() do_som

11、ething();/* A function to do something */void do_something()/* Main control of program */main() do_something();/* A function to do something */void do_something()/* Main control of program */main() do_something();/* A function to do something */void do_something()Task 2Task 1Stack 1Stack 2Stack 3 優(yōu)先

12、級（priority) - 反應(yīng)任務(wù)的重要性 時(shí)間片 (time_slice) - 任務(wù)一次所占用CPU 的最長時(shí)間. 搶占性(preemptive) - 除了被中斷搶占外，任務(wù)可以無限期的占用CPU。調(diào)度控制程序任務(wù)調(diào)度執(zhí)行 .最高優(yōu)先級 (0)最低優(yōu)先級(255).Task List (255)Task List (0)Task-10Task-20Task-30Task-1255Task-2255Task-3255調(diào)度控制程序任務(wù)調(diào)度執(zhí)行 基于優(yōu)先級排列的已創(chuàng)建任務(wù)鏈表 機(jī)器狀態(tài) -CPU當(dāng)前狀態(tài)(由CPU內(nèi)部寄存器的值表征）w通用寄存器w程序計(jì)數(shù)器w狀態(tài)寄存器w其他上下文切換任務(wù)調(diào)度執(zhí)行

13、任務(wù)之間切換需要保存上下文CPURegister 1Register 2Register 3stackRegister 1Register 2Register 3Register 4Register 5Register 6Register 4Register 5Register 6Register 1Register 2Register 3Register 4Register 5Register 6Register 1Register 2Register 3Register 4Register 5Register 6 無條件掛起中斷產(chǎn)生時(shí)掛起.保存所有的內(nèi)部寄存器. 條件掛起由內(nèi)核調(diào)用產(chǎn)生掛起

14、.只保存相關(guān)寄存器任務(wù)的掛起任務(wù)調(diào)度執(zhí)行任務(wù)間通信任務(wù)間通信 - 在兩個(gè)或多個(gè)任務(wù)間傳遞數(shù)據(jù)wMailboxes-郵箱 wQueues-隊(duì)列wPipes-管道通信方式 定長（4個(gè)長字） 系統(tǒng)開銷小 在兩個(gè)或多個(gè)任務(wù)間一次傳遞一條消息Task YTask X1 MessageMailboxes任務(wù)間通信 容納多條消息 定長或變長 用來傳送多條消息 Queue消息長度以長字為單位，Pipe以字節(jié)為單位。Task YTask XQueues/Pipes任務(wù)間通信任務(wù)間同步 任務(wù)間同步 - 任務(wù)間同步控制wSemaphores-信號量（旗語）wEvents -事件wSignals -信號（軟中斷）同步

15、方式控制對共享資源的訪問二元信號量(0,1)任務(wù)間同步Program Execution獲取信號量共享資源釋放信號量Event 2Event 1Event 0Task 1000事件處理Events任務(wù)間同步000000000000000000000000000000001 1 1111當(dāng)一個(gè)任務(wù)試圖得到事件標(biāo)志位未置位的事件時(shí)，任務(wù)將掛起；置位后，任務(wù)恢復(fù) 由任務(wù)觸發(fā). 當(dāng)Task1、Task2發(fā)出一個(gè)信號,Task P中信號處理程序?qū)⒘⒓磮?zhí)行. 信號處理程序相當(dāng)于一個(gè)超級任務(wù).Signals任務(wù)間同步Task 2Task PTask 1EPEPsignal_handler 分區(qū)- 提供定長的

16、內(nèi)存分配和釋放存儲器管理分區(qū)與動態(tài) 動態(tài) - 提供變長的內(nèi)存分配和釋放T1T3T2100bytes100bytes100bytes100bytes100bytes100bytes100bytes100bytes100bytes100bytes100bytes100bytesT1T2T3200bytes50bytes100bytes200bytes50bytes100bytes 中斷是來自設(shè)備的一個(gè)服務(wù)請求（異步）. 中斷應(yīng)該在盡可能短的時(shí)間內(nèi)響應(yīng). 中斷處理須有一些必要的上下文保護(hù)Device 1IX一個(gè)外部中斷打斷 一個(gè)任務(wù)，使自己得到響應(yīng)interrupt_service_routine(

17、) handle_the_interrupt()中斷服務(wù)程序開始啟動ISRX中斷處理中斷的基本概念Nucleus軟件方案 原型工具（Prototyping Tools） 嵌入式產(chǎn)品（Embedded Products） 開發(fā)工具（Development Tools）Nucleus MNTNucleus EDENucleus UDBNucleus MNT 利用Microsoft Developer Studio 在 Windows 95 / NT下 適用于所有產(chǎn)品的原型環(huán)境完全的原型環(huán)境Nucleus MNTPLUSfor MNTNETfor MNTGRAFIXfor MNTPLUSfor Ta

18、rgetNETfor TargetGRAFIXfor TargetNucleus MNT目的開發(fā)者可以使用Windows開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)嵌入式應(yīng)用程序使用兩個(gè)不同的Nucleus庫其一是針對Windows的（MNT）其二是針對Target的但應(yīng)用程序是相同的Nucleus 庫Nucleus EDE Nucleus嵌入式開發(fā)環(huán)境 集成已有的工具. 提高效率. 所有產(chǎn)品都可集成在 Nucleus EDE 工程中完全的開發(fā)環(huán)境Nucleus EDE 與現(xiàn)有工具一起工作. 將工程由原型轉(zhuǎn)換成嵌入式應(yīng)用. 生成目標(biāo)環(huán)境可執(zhí)行代碼. 主要功能：工程管理瀏覽現(xiàn)有工具的管理和調(diào)用特點(diǎn)MotorolaARMMIPSSHX86ProcessorSupportDevelopmentToolSupportDiab/SDS ARM/UDB GNU/UDBGNU/HitachiUDBCAD-ULNucleus UDB 同一調(diào)試環(huán)境用于不同的目標(biāo)平臺. 基于Kernel的調(diào)試器內(nèi)核目標(biāo)資源顯示任務(wù)相關(guān)斷點(diǎn)多任務(wù)調(diào)試混合C/匯編窗口自動追蹤完全的調(diào)試環(huán)境Nucleus UDBMNT, EDE和UDB 與 Nucleus MNT相同的Windows風(fēng)格 原型用 Nucleus MNT 生成目標(biāo)代碼用 Nucleus EDE 調(diào)試目標(biāo)代碼用 N