Nucleus操作系統(tǒng)-實(shí)時(shí)內(nèi)核介紹

1、Nucleus操作系統(tǒng)一實(shí)時(shí)內(nèi)核介紹第二章Nucleus PLUS內(nèi)核介紹2. 1 Nucleus PLUS應(yīng)用開發(fā)綜述1. 1開發(fā)調(diào)試環(huán)境嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的開發(fā)基于宿主機(jī)系統(tǒng)。舊M PC和UNIX工作站都是典型的 宿主機(jī)系統(tǒng)。一般來(lái)說，應(yīng)用程序都是運(yùn)行在分離的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上被目標(biāo)系統(tǒng)調(diào)用。然 而，舊M PC系統(tǒng)并不遵循上述規(guī)則，因?yàn)樗瓤梢宰鳛镹ucleus PLUS應(yīng)用程序的 主機(jī)，也可為目標(biāo)機(jī)為其服務(wù)。運(yùn)行在舊M PC系統(tǒng) 上的應(yīng)用程序以EXE文件的形 式存在。針對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的調(diào)試軟件通常包括ICE仿真工具和TRM （目標(biāo)仿真）工具。ICE仿 真工具給工程師提供了完全控制和了解目標(biāo)系統(tǒng)硬件

2、狀況的工具，特別是在校驗(yàn)新硬件 時(shí)尤為有用。但是，考慮到開發(fā)工具成本問題和ICE時(shí)有的使用局限性，許多項(xiàng)目采用 TRM調(diào)試。TRM就是一個(gè)運(yùn)行在目標(biāo)系統(tǒng)（通常為ROM）上的小型的軟件組件。TR M提供包括下載、下斷點(diǎn)和內(nèi)存入口服務(wù)。ICE和TRM都有宿主系統(tǒng)控制。這通常 由串口來(lái)完成。2. 1. 2 使用 Nucleus PLUSNucleus PLUS被設(shè)計(jì)成C庫(kù)的形式使用。使用內(nèi)部應(yīng)用程序軟件的服務(wù)從Nucleu s PLUS庫(kù)文件取出并且組合成應(yīng)用程序目標(biāo)文件來(lái)生成最終的映像文件。此映像文件 可以下載到目標(biāo)系統(tǒng)或是存放到目標(biāo)系統(tǒng)ROM中。使用Nucleus PLUS的步驟被描述成下列通用

3、的方式：1）如果有必要，修改低級(jí)系統(tǒng)初始化文件，INT.S。注：這些文件通常以匯編語(yǔ)言形式交貨并且它的的擴(kuò)展是指定的開發(fā)工具。2）定義Application_Initialize函數(shù)，Nucleus PLUS啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)它優(yōu)先運(yùn)行。注意 NUCLEUS.H文件必須包含以至于能被Nucleus PLUS服務(wù)調(diào)用。3）定義應(yīng)用程序任務(wù)。如果用到Nucleus PLUS服務(wù)，文件NULCUES.H必須被 包含。4）編譯所有應(yīng)用程序軟件，包括低級(jí)系統(tǒng)初始化文件INT.s。5）用Nucleus PLUS庫(kù)和必要的開發(fā)工具庫(kù)連接INT.a和所有應(yīng)用程序目標(biāo)文件。6）下載應(yīng)用程序映像文件到目標(biāo)系統(tǒng)并運(yùn)行。1.

4、 3初始化INT_Initialize程序在Nucleus PLUS內(nèi)核中是最先運(yùn)行的程序。對(duì)大多數(shù)的目標(biāo)環(huán) 境而言，硬件復(fù)位向量必須包含在INT_Initialize地址中。INT_Initialize程序主要負(fù)責(zé) 所有與目標(biāo)硬件相關(guān)的初始化，通常包括設(shè)置不同種類處理器的控制寄存器、中斷向量 表、全局C數(shù)據(jù)元素、Nucleus PLUS的一些變量以及系統(tǒng)的堆棧指針。當(dāng)INT_Initi alize程序執(zhí)行完成后，控制權(quán)交給到Nucleus PLUS上一層初始化程序INC_Initialize, 并且控制權(quán)不會(huì)再返回給INT_Initialize程序。INC_Initialize調(diào)用每一個(gè)Nu

5、cleus PLUS組件的初始化程序進(jìn)行初始化操作，在所有 Nucleus PLUS初始化完成之后，它還調(diào)用用戶提供的初始化程序Application_Initializ e。Application_Initialize程序負(fù)責(zé)定義初始化應(yīng)用環(huán)境，包括初始化應(yīng)用任務(wù)、郵箱、 隊(duì)列、管道、信號(hào)量、事件集、內(nèi)存池和其他Nucleus PLUS對(duì)象。在Application_I nitialize返回后，INC_Initialize程序開始初始化任務(wù)調(diào)度表。Accelerated Technology(ATI)使用軟件組件方法學(xué)。組件具有簡(jiǎn)單、清晰的優(yōu)點(diǎn)，一 個(gè)軟件組件往往只包括幾個(gè)C程序和匯編程序

6、。并且，每一個(gè)軟件組件都有特定的目的 和提供給其他組件的外部接口，使得可以通過外部接口來(lái)方便的使用組件。在組件方法 中，除了很少的特例外，一般不允許在組件外訪問組件的全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。由于采用了組 件方法學(xué)，Nucleus PLUS具有代碼清晰、模塊化、可靠、可復(fù)用和易于維護(hù)的特點(diǎn)。2. 2. 1組件的組成一個(gè)軟件組件通常包含頭文件、一個(gè)或多個(gè)C程序文件，有的還包括匯編程序文件。包含的文件的文件名滿足如下的約定：文件含義XX_DEF.H定義組件的常量和數(shù)據(jù)類型XX_ EXTR.H定義組件的外部接口，以函數(shù)原型的形式定義XXD.C定義組件的靜態(tài)和全局變量，除很少的特例外，一個(gè)組件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只能被本

7、組件訪問XXI.C定義組件的初始化函數(shù)XXF.C提供被組件管理的對(duì)象的信息XXC.C提供組件的核心函數(shù)XXS.C提供組件核心函數(shù)的錯(cuò)誤處理外殼函數(shù)XXS.C組件的補(bǔ)充定義函數(shù)XXSE.C提供組件補(bǔ)充定義函數(shù)的錯(cuò)誤處理外殼函數(shù)2. 2. 2命名規(guī)則1、組件命名組件名字一般限于兩個(gè)字符。組件名字作為構(gòu)造組件的每個(gè)文件名的首兩個(gè)字符。例如:動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理組件(Dynamic Memory Management Component)名字：DM,構(gòu)成 DM的文件：DM_DEFS.HDM_EXTR.HDMC.CDMCE.CDMI.CDMF.CDMD.C2、宏定義名字宏名由下劃線、大寫字母和數(shù)字字符構(gòu)成。最大

8、支持長(zhǎng)度為31個(gè)字符。此外一個(gè)宏定 義首3個(gè)字符是CC_，其中“CC”與定義該宏的文件名的首2個(gè)字符相同。例如：（對(duì) 于 EX_DEFS . H 文件）#define EX_MY_CONSTANT 103、結(jié)構(gòu)體名字結(jié)構(gòu)體名字由下劃線、大寫字母和數(shù)字字符構(gòu)成。最大支持長(zhǎng)度為31個(gè)字符。此外， 一個(gè)結(jié)構(gòu)體名的首3個(gè)字符是CC_，其中“CC”與定義該結(jié)構(gòu)體的文件名的首2個(gè)字 符相同。例如：（對(duì)于EX_DEFS.H）struct EX_MY_STRUCT（int ex_member_a;int ex_member_b;int ex_member_c;4、typedef 名字typedef定義新結(jié)構(gòu)體

9、名字由下劃線、大寫字母和數(shù)字字符構(gòu)成。最大支持長(zhǎng)度為31 個(gè)字符。此外，一個(gè)由typedef定義新結(jié)構(gòu)體名字的首3個(gè)字符是CC_，其中“CC” 與定義由typedef命名結(jié)構(gòu)體的文件名的首2個(gè)字符相同。例如：（對(duì)于EX_DEFS. H文件）typedef struct EX_MY_STRUCT（int ex_member_a;int ex_member_b;int ex_member_c; EX_MY_TYPEDEF;5、結(jié)構(gòu)體成員名字結(jié)構(gòu)體成員名字由下劃線、大寫字母和數(shù)字字符構(gòu)成，最大支持長(zhǎng)度為31個(gè)字符。此 外，一個(gè)結(jié)構(gòu)體成員名字的首3個(gè)字符是CC_，其中“cc”與包含該結(jié)構(gòu)體定義的文件“

10、c c_defs”的首2個(gè)字符相同。例如：（對(duì)于EX_DEFS.H文件）struct EX_MY_STRUCT（int ex_member_a;int ex_member_b;int ex_member_c;6、全局變量名字Nucleus PLUS全局變量名由下劃線以及緊跟著每個(gè)下劃線的一個(gè)大寫字母、小寫字 母、數(shù)字字符組成，最大支持長(zhǎng)度為31個(gè)字符。此外，一個(gè)全局變量名字的首3個(gè)字 符是CCC，其中“CCC”與包含實(shí)際變量描述的文件“ccc.C”的首3個(gè)字符相同。例如：（對(duì)于EXD.C文件）int EXD_Global_Integer;7、局部變量命名局部變量名由小寫字母、有可能是下劃線或數(shù)

11、字字符組成，最大支持長(zhǎng)度為31個(gè)字符。 局部變量名字沒有要求包含定義它們的文件的首3個(gè)字符。例如：（對(duì)于EXD.C文件）/* Assume the following declaration is inside a function. */int I;8、函數(shù)名字Nucleus函數(shù)名字由下劃線以及緊跟在下劃線的一個(gè)大寫字母、小寫字母、數(shù)字組成， 最大支持長(zhǎng)度為31個(gè)字符。此外，一個(gè)函數(shù)名的首3個(gè)字符與包含該函數(shù)定義的文件 名相同。例如：（對(duì)于EXD.C文件）void EXD_My_Function（unsigned int i）（2. 3軟件概述2. 3. 1基本用法Nucleus PLUS通

12、常是以C語(yǔ)言庫(kù)的形式實(shí)現(xiàn)的。實(shí)時(shí)Nucleus PLUS應(yīng)用程序和N ucleus PLUS庫(kù)鏈接在一起生成的目標(biāo)文件可以被下載到目標(biāo)板或者固化到ROM中。NUCLEUS.LIB是典型的Nucleus PLUS庫(kù)文件名。它由批處理文件PLUS.BAT運(yùn) 行產(chǎn)生，而且PLUS.BAT文件的內(nèi)容依賴于所使用的開發(fā)工具。1、運(yùn)行模式在處理器結(jié)構(gòu)中有管理模式和用戶模式之分。由于Nucleus PLUS應(yīng)用任務(wù)需要直 接地調(diào)用需要調(diào)用特權(quán)指令的系統(tǒng)服務(wù)程序，所以Nucleus PLUS應(yīng)用任務(wù)通常是在管 理模式下運(yùn)行。這樣的實(shí)現(xiàn)方法減少了系統(tǒng)服務(wù)調(diào)用的開銷而且便于實(shí)現(xiàn)。2、應(yīng)用初始化用戶有責(zé)任提供自己的

13、初始化程序Application_Initialize，該程序應(yīng)創(chuàng)建任務(wù)、隊(duì)列 和其他系統(tǒng)初始化時(shí)需要的系統(tǒng)對(duì)象。如果應(yīng)用程序不在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建和刪除系 統(tǒng)對(duì)象，那么所有的系統(tǒng)對(duì)象都應(yīng)該在Application_Initialize中被創(chuàng)建。用戶的Applic ation_Initialize程序一旦返回，多任務(wù)立即開始執(zhí)行。在一些目標(biāo)環(huán)境中，底層的系統(tǒng) 初始化文件INT.S、INT.ASM或INT.SRC文件可能需要修改。這些文件初始化系統(tǒng)的 定時(shí)中斷、可用存儲(chǔ)空間以及處理器或目標(biāo)板的其他實(shí)體。3、頭文件所有的用戶代碼在調(diào)用Nucleus PLUS服務(wù)或數(shù)據(jù)類型時(shí)，都必須包含NUCLEU

14、S. H文件。該文件包含數(shù)據(jù)類型定義、常量定義和所有Nucleus PLUS服務(wù)函數(shù)的原型。 不同的Nucleus PLUS移植系統(tǒng)，該文件是不同的。2. 3. 2數(shù)據(jù)類型Nucleus PLUS在NUCLEUS.H文件中定義了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)類型。這些數(shù)據(jù)類型保證了 Nucleus PLUS能以相同的風(fēng)格在不同的目標(biāo)環(huán)境中運(yùn)行。Nucleus PLUS定義的數(shù)據(jù)類型如下：數(shù)據(jù)類型含義UNSIGNED 32位無(wú)符號(hào)整數(shù)，常被定義為無(wú)符號(hào)長(zhǎng)整型（unsigned long）的C數(shù)據(jù) 類型SIGNED 32位有符號(hào)整數(shù)，常被定義為有符號(hào)長(zhǎng)整型（long）的C數(shù)據(jù)類型IPTION容易操作的最小的數(shù)據(jù)類型，

15、常被定義為無(wú)符號(hào)字符型（unsigned char）的C 數(shù)據(jù)類型DATA_ELEMENT和OPTION數(shù)據(jù)類型相同UNSIGNED CHAR 8位無(wú)符號(hào)字符CHAR 8位有符號(hào)字符STATUS等價(jià)于目標(biāo)C編譯器的有符號(hào)整數(shù)（int）INT整數(shù)數(shù)據(jù)類型，具有word大小VOID等價(jià)于目標(biāo)C編譯器的void數(shù)據(jù)類型（void）UNSIGNED_PTR指向UNSIGNED數(shù)據(jù)類型的指針 BYTE_PTR指向UNSIGNED_CHAR數(shù)據(jù)類型的指針2. 3. 3系統(tǒng)服務(wù)映射關(guān)系1、錯(cuò)誤檢查Nucleus PLUS 的主包含文件 NUCLEUS.H 包含了和Nucleus PLUS Reference

16、 Manual里面定義的函數(shù)相匹配的函數(shù)的原型。然而，這些NU_*函數(shù)并不真是存在。 對(duì)于絕大多數(shù)Nucleus PLUS函數(shù)，都有一個(gè)真正操作的函數(shù)，也有一個(gè)在調(diào)用真正執(zhí) 行操作函數(shù)前對(duì)用戶調(diào)用進(jìn)行錯(cuò)誤檢查的外殼函數(shù)。錯(cuò)誤檢查條件定義宏NU_ERROR _CHECKING定義和不定義時(shí)的具體的系統(tǒng)服務(wù)映射關(guān)系請(qǐng)參見附錄（表格形式，Nuc leus PLUS Internals 文檔中的表格）。2、條件編譯Nucleus PLUS源碼有一定的條件編譯選項(xiàng)。有一些是在應(yīng)用程序編譯時(shí)用到，而絕 大多數(shù)時(shí)在Nucleus PLUS系統(tǒng)庫(kù)編譯時(shí)可用。Nucleus系統(tǒng)庫(kù)條件編譯標(biāo)識(shí)往往是在一個(gè)編譯批處理文件中使用。這些條件編譯選項(xiàng)控