基于xilkernel的嵌入式應(yīng)用程序設(shè)計(jì)方法

　集成在virtex-iipro器件中的powerpc405，是一個(gè)32位risc硬核，它支持coreconnect總線的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)集合。使用coreconnect總線，可以方便地控制多個(gè)外設(shè)。在edk集成開發(fā)環(huán)境下，對于多個(gè)外設(shè)，每個(gè)外設(shè)都有對應(yīng)的任務(wù)。powerpc405默認(rèn)的嵌入式內(nèi)核是standalone，在其上開發(fā)的多個(gè)任務(wù)是宏觀串行執(zhí)行的，只有利用參數(shù)傳遞或全局參變量來建立各任務(wù)間的關(guān)系。在很多情況下，系統(tǒng)需要多個(gè)任務(wù)系統(tǒng)宏觀并行執(zhí)行，使用standalone顯然是不合適的。而通過把嵌入的standalone內(nèi)核改變?yōu)閑dk自帶的xilkernel內(nèi)核，適當(dāng)?shù)馗淖冘浖脚_設(shè)置的內(nèi)容，就可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)任務(wù)的并行執(zhí)行。xilkernel也支持多任務(wù)間通訊和中斷。根據(jù)各種通訊方式，也可以建立各個(gè)任務(wù)之間的聯(lián)系；通過中斷，處理器可以及時(shí)響應(yīng)外設(shè)產(chǎn)生的事件。

　　硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　如圖1所示，powerpc405使用fpga外部的存儲單元，使用coreconnect總線和外圍接口。coreconnect總線的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)集合可以重復(fù)使用，使系統(tǒng)整合變的更加容易。

圖1powerpc405硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　coreconnect總線結(jié)構(gòu)

　　plb總線接口：用于powerpc405內(nèi)核與高性能設(shè)備的連接。plb接口包括isplb接口和dsplb接口兩種。其中，isplb接口用于外設(shè)與powerpc405指令緩沖的連接，dsplb接口用于外設(shè)與powerpc405數(shù)據(jù)緩沖的連接。
opb總線接口：片上外設(shè)總線，內(nèi)核通過opb來訪問低速和低性能的系統(tǒng)資源。它不是直接連接到處理器內(nèi)核。處理器內(nèi)核借助于“plbtoopb”橋，通過opb訪問從外設(shè)；opb總線控制器的外設(shè)可以借助“opbtoplb”橋，通過plb訪問存儲器。

　　硬件平臺構(gòu)件

　　在edk集成開發(fā)環(huán)境中，由用戶向?qū)蒻hs文件，用戶也可以根據(jù)mhs文件的語法添加自定義的外設(shè)。mhs文件用于描述硬件體系結(jié)構(gòu)，其主要包括平臺的處理器類型、總線結(jié)構(gòu)、外圍接口、中斷處理和地址空間。
edk工具platgen使用mhs文件作為輸入來創(chuàng)建硬件平臺，它創(chuàng)建不同形式的網(wǎng)表文件(ngc，edif)，下游工具的支持文件和頂級hdl包裝以允許用戶添加其他的組件到硬件平臺。

　　軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　在edk集成開發(fā)環(huán)境中，mss文件用于描述軟件體系結(jié)構(gòu)，其主要定義了平臺的內(nèi)核、軟件庫、驅(qū)動(dòng)程序和文件系統(tǒng)的參數(shù)。

　　edk工具libgen使用mss文件作為輸入，定制驅(qū)動(dòng)、庫、文件系統(tǒng)和中斷處理程序。

　　xilkernel模塊結(jié)構(gòu)

　　xilkernel模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示，xilkernel提供與內(nèi)核的posix接口。但并不是每一個(gè)通過posix定義的概念和接口都是可用的。取而代之的是一個(gè)精細(xì)選擇的子集，幾乎覆蓋了所有有用的接口和概念。其支持posix線程、posix無名信號量、xsi消息隊(duì)列、posix互斥鎖、中斷處理等。

　　xilkernel的軟件平臺配置

　　xilkernel已經(jīng)被設(shè)計(jì)為可以和edk軟件和硬件流緊密共同工作，完全被整合在軟件平臺配置和自動(dòng)的庫、板級支持包產(chǎn)生機(jī)制之中。在軟件配置平臺，可以對xilkernel支持的功能進(jìn)行配置，下面介紹一些主要的配置：

a、指定系統(tǒng)定時(shí)器的頻率值和時(shí)間片間隔。
b、指定系統(tǒng)可以運(yùn)行的線程數(shù)量、任務(wù)調(diào)度方式(這里我們設(shè)置為優(yōu)先級搶占方式，以保證重要的突發(fā)事件及時(shí)得到處理)和系統(tǒng)中斷控制器。
c、配置系統(tǒng)的通訊方式，可以通過這些開關(guān)來確定系統(tǒng)需要的通訊方式，并可以確定各個(gè)通訊方式的參數(shù)。包括消息隊(duì)列、信號量等。
d、指定系統(tǒng)的靜態(tài)任務(wù)，也就是完全進(jìn)入內(nèi)核后執(zhí)行的第一個(gè)任務(wù)，可以在這個(gè)任務(wù)里產(chǎn)生和設(shè)置系統(tǒng)需要的其它任務(wù)。
e、一些增強(qiáng)系統(tǒng)功能的設(shè)置等等。

　　主要任務(wù)間的通訊方式和中斷

　　必需的配置

　　首先要生成連接腳本，是通過硬件需要生成的，此腳本反映了xilkernel需要的不同的段存儲器。比如.vectors段被分配于一個(gè)有64kb地址邊界的存儲器的開始，而.boot段在0xfffffffc處。其余的代碼和數(shù)據(jù)存儲器可以放在任何地方。

圖2xilkernel模塊結(jié)構(gòu)

　　其次，xilkernel是作為一個(gè)庫來架構(gòu)的。這意味著應(yīng)用程序源文件僅需要連接xilkernel，就能夠訪問xilkernel的功能。這些需要設(shè)置編譯器的庫連接選項(xiàng)為xilkernel，并在用戶代碼中包含“xmk.h”文件。應(yīng)用程序提供main()入口，然后通過調(diào)用xilkernel_main()作為內(nèi)核的入口點(diǎn)。產(chǎn)生庫、bsp并編譯程序后，xilkernel將自動(dòng)作為系統(tǒng)啟動(dòng)、初始化硬件核、中斷和軟件處理程序的一部分。下面是一個(gè)簡單的內(nèi)核入口代碼：

#includexmk.h
/*定義和聲明*/
intmain()
{
/*用戶完成預(yù)處理，不允許調(diào)用內(nèi)核接口*/
xilkernel_main();/*開始內(nèi)核*/
/*程序不會執(zhí)行到這里*/
}
/*系統(tǒng)的靜態(tài)任務(wù)*/
void*first_thread()
{
/*產(chǎn)生一些線程來處理用戶需要*/
}

　　線程的創(chuàng)建

　　線程的創(chuàng)建及屬性的簡單設(shè)置可以由下面幾個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)：
intpthread_attr_init(pthread_attr_t*attr)

　　intpthread_attr_setschedparam(pthread_attr_t*attr,structsched_param*schedpar)
intpthread_create(pthread_tthread,pthread_attr_t*attr,void*(*start_func)(void*),void*param)

　　pthread_attr_init()初始化線程的屬性。thread_attr_setschedparam()來設(shè)置線程的優(yōu)先級，attr是線程的屬性，schedpar是包含有線程優(yōu)先級的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。pthread_create()創(chuàng)建一個(gè)線程，thread表明線程id，attr指出線程屬性，start_func函數(shù)指針是線程創(chuàng)建成功后開始執(zhí)行的函數(shù)，param是這個(gè)函數(shù)的一個(gè)唯一的參數(shù)。

　　在靜態(tài)任務(wù)中調(diào)用這些函數(shù)來產(chǎn)生一些有優(yōu)先級的任務(wù)。如下例：

staticpthread_ttid0,tid1;
staticpthread_attr_tattr;
staticstructsched_paramprio;
void*first_thread(){......
pthread_attr_init(attr);
prio.sched_priority=4;
pthread_attr_setschedparam(attr,prio);
ret=pthread_create(tid0,attr,(void*)important_task,null);
pthread_attr_init(attr);
prio.sched_priority=5;
pthread_attr_setschedparam(attr,prio);
ret=pthread_create(tid1,attr,(void*)second_important_task,null);
......
}