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），

下载地址为：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：

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：

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：

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”、点赞“Star”、并“Fork”到自己账号下，如下图。

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