基于xilkernel的嵌入式应用程序设计

 

　　集成在virtex-iipro器件中的powerpc405，是一个32位risc硬核，它支持coreconnect总线的标准外设集合。使用coreconnect总线，可以方便地控制多个外设。在edk集成开发环境下，对于多个外设，每个外设都有对应的任务。powerpc405默认的嵌入式内核是standalone，在其上开发的多个任务是宏观串行执行的，只有利用参数传递或全局参变量来建立各任务间的关系。在很多情况下，系统需要多个任务系统宏观并行执行，使用standalone显然是不合适的。而通过把嵌入的standalone内核改变为edk自带的xilkernel内核，适当地改变软件平台设置的内容，就可以实现多个任务的并行执行。xilkernel也支持多任务间通讯和中断。根据各种通讯方式，也可以建立各个任务之间的联系;通过中断，处理器可以及时响应外设产生的事件。

　　硬件系统结构

　　如图1所示，powerpc405使用fpga外部的存储单元，使用coreconnect总线和外围接口。coreconnect总线的标准外设集合可以重复使用，使系统整合变的更加容易。

　　

 

　　图1powerpc405硬件系统结构

　　coreconnect总线结构

　　plb总线接口：用于powerpc405内核与高性能设备的连接。plb接口包括isplb接口和dsplb接口两种。其中，isplb接口用于外设与powerpc405指令缓冲的连接，dsplb接口用于外设与powerpc405数据缓冲的连接。

　　opb总线接口：片上外设总线，内核通过opb来访问低速和低性能的系统资源。它不是直接连接到处理器内核。处理器内核借助于“plbtoopb”桥，通过opb访问从外设;opb总线控制器的外设可以借助“opbtoplb”桥，通过plb访问存储器。

　　硬件平台构件

　　在edk集成开发环境中，由用户向导生成mhs文件，用户也可以根据mhs文件的语法添加自定义的外设。mhs文件用于描述硬件体系结构，其主要包括平台的处理器类型、总线结构、外围接口、中断处理和地址空间。

　　edk工具platgen使用mhs文件作为输入来创建硬件平台，它创建不同形式的网表文件(ngc，edif)，下游工具的支持文件和顶级hdl包装以允许用户添加其他的组件到硬件平台。

　　软件系统结构

　　在edk集成开发环境中，mss文件用于描述软件体系结构，其主要定义了平台的内核、软件库、驱动程序和文件系统的参数。

　　edk工具libgen使用mss文件作为输入，定制驱动、库、文件系统和中断处理程序。

　　xilkernel模块结构

　　xilkernel模块结构如图2所示，xilkernel提供与内核的posix接口。但并不是每一个通过posix定义的概念和接口都是可用的。取而代之的是一个精细选择的子集，几乎覆盖了所有有用的接口和概念。其支持posix线程、posix无名信号量、xsi消息队列、posix互斥锁、中断处理等。

　　xilkernel的软件平台配置

　　xilkernel已经被设计为可以和edk软件和硬件流紧密共同工作，完全被整合在软件平台配置和自动的库、板级支持包产生机制之中。在软件配置平台，可以对xilkernel支持的功能进行配置，下面介绍一些主要的配置：

　　a、指定系统定时器的频率值和时间片间隔。

　　b、指定系统可以运行的线程数量、任务调度方式(这里我们设置为优先级抢占方式，以保证重要的突发事件及时得到处理)和系统中断控制器。

　　c、配置系统的通讯方式，可以通过这些开关来确定系统需要的通讯方式，并可以确定各个通讯方式的参数。包括消息队列、信号量等。

　　d、指定系统的静态任务，也就是完全进入内核后执行的第一个任务，可以在这个任务里产生和设置系统需要的其它任务。

　　e、一些增强系统功能的设置等等。

　　主要任务间的通讯方式和中断

　　必需的配置

　　首先要生成连接脚本，是通过硬件需要生成的，此脚本反映了xilkernel需要的不同的段存储器。比如.vectors段被分配于一个有64kb地址边界的存储器的开始，而.boot段在0xfffffffc处。其余的代码和数据存储器可以放在任何地方。

　　

 

　　图2xilkernel模块结构

　　其次，xilkernel是作为一个库来架构的。这意味着应用程序源文件仅需要连接xilkernel，就能够访问xilkernel的功能。这些需要设置编译器的库连接选项为xilkernel，并在用户代码中包含“xmk.h”文件。应用程序提供main()入口，然后通过调用xilkernel_main()作为内核的入口点。产生库、bsp并编译程序后，xilkernel将自动作为系统启动、初始化硬件核、中断和软件处理程序的一部分。下面是一个简单的内核入口代码：

　　#include"xmk.h"

　　/*定义和声明*/

　　intmain()

　　{

　　/*用户完成预处理，不允许调用内核接口*/

　　xilkernel_main();/*开始内核*/

　　/*程序不会执行到这里*/

　　}

　　/*系统的静态任务*/

　　void*first_thread()

　　{

　　/*产生一些线程来处理用户需要*/

　　}

　　线程的创建

　　线程的创建及属性的简单设置可以由下面几个函数实现：

　　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()初始化线程的属性。thread_attr_setschedparam()来设置线程的优先级，attr是线程的属性，schedpar是包含有线程优先级的数据结构。pthread_create()创建一个线程，thread表明线程id，attr指出线程属性，start_func函数指针是线程创建成功后开始执行的函数，param是这个函数的一个唯一的参数。

　　在静态任务中调用这些函数来产生一些有优先级的任务。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);

　　......

　　}

　　这样，系统会发起important_task和second_important_task两个任务，important_task的优先级比second_important_task高，会优先运行。除非important_task任务阻塞或退出，second_important_task才可能得到运行。