1 引言

嵌入式實時操作系統(tǒng)的使用，可以增強系統(tǒng)性能，確保系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，便于維護開發(fā)應(yīng)用程序．因此越來越廣泛 的使用于各種嵌人式系統(tǒng)中。eCos（Embedded Cofigurable Operating System）是一種開源的、免版稅的、實時的嵌入式操作系統(tǒng)，適合于深度嵌入式應(yīng)用，主要應(yīng)用于消費電子、通信產(chǎn)品、汽車電子等領(lǐng)域。與其它嵌入式實時操作系統(tǒng)不同，eCos具有獨特的可配置能力和配置機制。同時eCos具有良好的開放性、兼容性、穩(wěn)定性、可擴展性和可移植性，而且支持ARM、MIPs、M68K、PowerPC等眾多微處理器。因此ecos日益受到嵌入式設(shè)計人員的關(guān)注，正在越來越多應(yīng)用于嵌入式產(chǎn)品中。

2 eCos體系結(jié)構(gòu)介紹

ecos使用多任務(wù)搶占機制，具有中斷延遲小，支持同優(yōu)先級調(diào)度，支持嵌入式系統(tǒng)所需的所有同步原語，擁有靈活的調(diào)度策略和中斷處理機制。而且ecos提供了完備的嵌入式開發(fā)功能，包括設(shè)備驅(qū)動程序、內(nèi)存管理、例外處理、標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)、GNU編譯工具集等。

eCos采用模塊化的設(shè)計，將不同功能的軟件分為不同的組件，這些組件具有可重用性，分別位于系統(tǒng)的不同層次，這種分層結(jié)構(gòu)使eCos具有良好的可配置性、可移植性、可兼容性和可擴展性。eCos的層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在eCos體系中最底層的是硬件抽象層HAL（Hardware Abstraction Layer），它負(fù)責(zé)對目標(biāo)系統(tǒng)硬件平臺進行操作和控制，包括硬件初始化，中斷和異常的處理。HAL屏蔽了底層硬件的 不同，為上層提供了統(tǒng)一的接口。在進行eCos的移植中，關(guān)鍵要對HAL進行修改，即可將整個eCos系統(tǒng)移植到新的硬件平臺上。HAL根據(jù)所描述的硬件對象的不同可以分為體系結(jié)構(gòu)抽象層（Architecture HAL）、變體抽象層（Variant HAL）、平臺抽象層（Platform HAL）。

圖1 eCos的層次結(jié)構(gòu)

RedBoot是eCos提供的一個Boot Loader程序，RedBoot可以引導(dǎo)eCos系統(tǒng)，加載eCos應(yīng)用程序，提供Debug支持，對目標(biāo)系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)進行管理等。

設(shè)備驅(qū)動程序負(fù)責(zé)對硬件設(shè)備進行控制管理，并完成設(shè)備數(shù)據(jù)的讀寫操作。驅(qū)動程序為上層軟件提供API函數(shù)，應(yīng)用層使用API函數(shù)對設(shè)備進行訪問．完成對設(shè)備的操作。

內(nèi)核是eCos中的核心，它負(fù)責(zé)完成任務(wù)調(diào)度、同步原語、處理中斷和例外、進行內(nèi)存管理、負(fù)責(zé)定時機制，保證系統(tǒng)的實時性等功能。

OS抽象層中實現(xiàn)了TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、文件系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)調(diào)用等，為嵌入式應(yīng)用層軟件和應(yīng)用程序提供API接口函數(shù)。

eCos的分層結(jié)構(gòu)，使整個軟件結(jié)構(gòu)清晰、有良好的可維護性和可移植性。

3 LPC2294硬件平臺

LPC2294是NXP公司的嵌入式微處理器芯片．屬于ARM7TDMI-S系列。LPC2294有豐富片內(nèi)資源，而且功耗低．性價比高，可以應(yīng)用在通信網(wǎng)關(guān)、工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備等多種嵌入式領(lǐng)域中。如圖2是硬件平臺的結(jié)構(gòu)框圖：

圖2硬件平臺框圖

硬件平臺以LPC2294處理器為核心，外嗣器件包括8MB NOR nash（SST39VF6401B）、512kB SRAM（IS61LV51216）、標(biāo)準(zhǔn)20針JTAG接口、RTL8019網(wǎng)卡芯片、RS232串口等組成。本文以此硬件平臺為基礎(chǔ)．介紹eCos的移植工作，為以ARM內(nèi)核為處理器的eCos移植開發(fā)提供一個范例。

4 eCos在LPC2294上的移植

由于eCos支持大部分嵌入式CPU，可移植性強，故eCos的移植丁作主要是HAL的移植。其中平臺抽象層的移植是HAL移植的重點，包括內(nèi)存布局、平臺初始化、中斷控制器、串口驅(qū)動程序等修改。在移植過程中，如果要將eCos移植到還不支持CPU體系結(jié)構(gòu)，簡便高效的方法是利用eCos已經(jīng)支持的相同體系結(jié)構(gòu)CPU的硬件平臺作為模版，建立CDL文件。在ecos.db中進行登記，以與新的目標(biāo)平臺相適應(yīng)，進而進行移植工作。最新版本的eCos已經(jīng)支持LPC2294處理器，故ecos在LPC2294上的移植的主要工作是對平臺抽象層的相關(guān)文件進行修改．采用圖形化配置工具進行配置編譯和生成鏡像文件，完成調(diào)試和 移植工作。

4．1建立交叉編譯環(huán)境和配置工具

eCos的源碼可以在eCos維護公司eCosCentric的網(wǎng)站中下載．地址是http://www.ecoscentric.com。由于eCos采用GNU工具集進行編譯．因此本文的主機使用RedHat9.0操作系統(tǒng)，并安裝gcc-3.2.1、binutils-2.13.1、newlib-1.11.0、insight-5.3、wxGTK-2.4.0工具，同時安裝交叉編譯器arm-elf-tools工具，建立起eCos針對ARM平臺的交叉編譯環(huán)境。

另外還要根據(jù)主機環(huán)境，生成eCos的配置丁具步驟如下：

將eCos解壓到/opt目錄中，并在/opt目錄中建立src、wxbuild、infra-build、ecos-tools、configtool-build目錄。首先要配置wxWidget靜態(tài)鏈接支持，編譯并安裝wxGTK，執(zhí)行如下命令：cd /opt/wx build；/opt/src/wxGTK-2.4.0/configure disable-shared disable sockets\ prefix=/opt/wxGTK-2.4.0；make；make install

配置，編譯和安裝eCos的主機基礎(chǔ)環(huán)境，執(zhí)行如下命令：

cd /opt/infra -build; /opt/ecos/host/configure prefix=/opt/ecos-tools; make; make install

編譯安裝ecos配置工具，執(zhí)行如下命令：

cd /opt/configtool -build; make f /opt/ecos/host/tools/configtool/standalone/wxwin/makefile.\ gnu install WXDIR=/opt/wxGTK2.4.0 ECOSSRCDIR=/opt/ecos/host INSTALLDIR=/opt/ecos-\ tools

這樣，就完成了eCos的配置工具安裝，它位于/opt/ecos-tools/bin目錄中，包括了圖形配置工具configtools和命令行配置工具ecosconfig。

4．2 配置基本硬件平臺

與LPC2294相關(guān)的文件在ecos\packages\hal\arm\lpc2xx 目錄中，在/opt/ecos-tools/bin中運行圖形化配置工具configtools，在huild選項的Templates選擇和LPC2294相近的模板．就可以進行具體的平臺級配置。本文選擇phyCORE-LPC2294/92 development board HAL模板作為基本配置平臺，根據(jù)實際目標(biāo)系統(tǒng)平臺修改ecos中的選項，主要修改包括：

a） 修改ARM vector at 0x14選項的值，LPC2XXX系列處理器將ox14處的值作為有效用戶代碼判斷條件，應(yīng)該滿足向量表所以數(shù)據(jù)32位累加和為0的要求；

b） 修改CPU xtal frequency選項的值，這是CPU晶振值，默認(rèn)為10MHz，根據(jù)實際情況修改為11059200；

c） 修改CPU PLL multiplier選項的值，內(nèi)部PLL倍頻值默認(rèn)為6，修改為4；

d） 修改eCos kernel選項的值，根據(jù)需要刪減內(nèi)核中不需要的選項；

e） 修改I/O sub-system選項的值，根據(jù)實際I/0設(shè)備的情況，配置I／0選項；

f） 修改其它配置選項，以適應(yīng)目標(biāo)系統(tǒng)平臺。

這樣就通過圖形化配置工具，配置完成了eCos的大部分選項。然而，圖形化配置工具并不能完成所有的eCos配置功能．因此還需要對內(nèi)存分布文件、Flash驅(qū)動文件進行修改。

4．3 修改內(nèi)存布局

內(nèi)存布局文件在ecos/packages/hal/arm/lpc2xxx/phycore229x/current/include/pkgconf目錄中，里面包含了RAM、ROM兩種不同啟動方式的配置文件，而每種啟動方式又對應(yīng)三種文件格式，分別為：

ldi文件，鏈接腳本文件，定義了LPC2294的內(nèi)存域起始地址和長度和段地址，為程序鏈接時使用。

h文件，使用c宏定義描述LPC2294存儲器起始地址和大?。付ǔ绦蜻\行時堆起始地址和大小。

mlt文件，配置工具保存文件，只能由配置工具生成和改變，不能手動修改。

以LPC2294為例，在ROM啟動時需要修改mlt_arm_lpc2xxx_phycore229x_rom.h文件中的定義，以片外ROM的分配和堆地址分配為例，其代碼如下：

#define CYGMEM_REGlON—flash（0x80000000）

#define CYGMEM_REGl0N_flash_SIZE（CYGHWR_HAL_ARM_PHYCORE229X_FLASH_SIZE）

#define CYGMEM_REGlON_flash_ATTR （CYCMEM_REGION_ATTR_R）

#define CYGMEM_SECCTION_heap1 （CYG_LABEL_NAME（_heap1））

#define CYGMEM_SECTION_heap1_SIZE（0x81000000+CYGHWR_HAL_ARM_PHYCORE229X_SRAM_SIZE - （size_t） CYG_LABEL_NAME （_heap 1））

這樣，定義了片外ROM的起始地址為0x80000000，大小為宏定義中flash的尺寸；定義了程序的堆起始地址為0x81000000，大小也在宏定義中規(guī)定。

4．4添加Flash驅(qū)動

本文的硬件平臺Flash型號為SST39VF6401B，在eCos中并不支持此型號的Flash，所以要為eCos添加Flash的驅(qū)動程序。SST39VF6401B是8MB的16位NOR型Flash，塊空間數(shù)為128，每個塊大小為64KB。選擇eCos已支持的與此Flahh相近的型號AT49系列進行修改．將flash_dev_info_t中的block_size和block_count值分別改為0x10000和0x80。并且編寫與Flash底層驅(qū)動對應(yīng)的CDL文件，使配置工具能夠正確配置編譯F1ash驅(qū)動程序，參照AT49驅(qū)動包的CDL，將cdl_package定義改為CYGPKG_DEVS_Flash_SST_39VF6401B。在命令體中給出配置參數(shù)。最后，在ecos.db中注冊Flash的底層驅(qū)動軟件包，這樣再次使用圖形化配置工具，就可以在eCos配置選項選擇SST39VF6401B型Flash。

4．5修改初始化程序

在eCos啟動時要運行初始化程序，以完成LPC2294的運行模式設(shè)定、時鐘頻率設(shè)定、串口波特率設(shè)定等操作，初始化程序在hal/arm/lpc2xxx/phycore229x_misc.c文件中，phycore229x_misc．c調(diào)用hal_platform_ints.h的宏定義完成系統(tǒng)中斷定義，之后調(diào)用hal_platform_setup.h中的宏定義完成中斷初始化，配置系統(tǒng)時鐘，和內(nèi)部存儲器初始化等操作。修改phycore229x_misc.c中的有關(guān)函數(shù)，完成針對本系統(tǒng)平臺的初始化。

4．6運行結(jié)果

在完成上述驅(qū)動的編寫和文件的修改之后，重新使用configtools工具進行配置，使用build選項完成eCos操作系統(tǒng)的編譯，產(chǎn)生內(nèi)核庫文件和鏈接腳本以及頭文件，將生成的文件與應(yīng)用程序一起編譯、鏈接，生成最終的可執(zhí)行映像文件。將可執(zhí)行影像文件下載到Flash中運行，經(jīng)測試eCos支持多個線程的應(yīng)用程序操作，且其串口、網(wǎng)口均能與PC機進行正常通信，說明eCos在LPC2294上的移植是成功的。

5 總結(jié)

嵌入式可配置操作系統(tǒng)eCos與其他嵌入式實時操作系統(tǒng)相比，有著更好的可配置性和可移植性，這使其在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛。本文將eCos成功的應(yīng)用在了以LPC2294為核心的硬件平臺上，并編寫了相應(yīng)的Flash驅(qū)動程序和應(yīng)用程序，對于eCos在ARM7FDMI系統(tǒng)中的應(yīng)用提供一些借鑒和指導(dǎo)。

本文的創(chuàng)新點：實現(xiàn)了eCos在LPC2294上的移植和應(yīng)用。在實際應(yīng)用中eCos內(nèi)核中斷響應(yīng)快，代碼量小，穩(wěn)定性好，為嵌入式實時操作系統(tǒng)的應(yīng)用提供了參考。

責(zé)任編輯：gt