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鸿蒙移植i.mx6ull(五) 移植概述

网友: 文档中心 2022-06-09 15:29:15

文章目录

  • 1.框架
  • 2. 嵌入式软件系统的组成
  • 3. 移植最小系统要做的几件事
    • 3.1 串口相关
    • 3.2 MMU设置
      • 3.2.1 权限管理
      • 3.2.2 地址映射
    • 3.3 中断子系统
      • 3.3.1 操作系统"同时"运行多个任务
      • 3.3.2 串口接收数据的中断
    • 3.4 存储设备的驱动程序
    • 3.5 根文件系统
  • 4. 想做更多
  • 5. 基础知识
    • 5.1 单片机相关的知识
    • 5.2 Linux操作相关的知识
    • 5.3 芯片相关知识
  • 6. 驱动程序知识
    • 6.1 以点灯为例
      • 6.1.1 硬件原理
      • 6.1.2 单片机点灯
      • 6.1.3 Liteos-a/Linux怎么点灯
    • 6.2 怎么编写驱动程序
      • 6.2.1 驱动程序的核心
        • 1. Linux
        • 2. Liteos-a
    • 6.3 注册驱动程序
      • 1. Linux
      • 2. Liteos-a
    • 6.4 APP如何使用

1.框架

鸿蒙移植i.mx6ull(五) 移植概述

鸿蒙是一套完整的、普通人可以直接使用的操作系统，跟Windows、安卓、IOS类似。
常见的错误观点是把鸿蒙跟Linux放在一起来对比，这不对：

  • Linux只是一个内核，普通人无法使用

  • 还需要在Linux之上安装各类程序

  • 比如Ubuntu等发行版，它们在Linux内核之上，还有桌面、各类办公软件

  • 鸿蒙支持多种内核：Linux、Liteos(又分为Liteos-a、Liteos-m)

  • 在内核之上，鸿蒙还有各种子系统，在子系统之上又有桌面等软件

2. 嵌入式软件系统的组成

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我们可以把内核之上的软件，简单称为APP(实际上还可以细分，比如各类子系统、桌面等APP)。
启动内核，并不复杂，使用U-boot即可。

3. 移植最小系统要做的几件事

串口相关

  • 打印(只是打印调试信息)
  • 串口驱动(可发可收，APP执行printf时可以从串口打印，所以需要驱动)

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  • MMU(Memory Management Unit，内存管理单元)的设置：虚拟地址与物理地址

完善中断子系统

  • 提供系统tick时钟
  • 为串口驱动实现基于中断的读取字符函数
  • 实现存储设备驱动程序
  • 在存储设备上烧录文件系统

3.1 串口相关

与Linux的串口驱动相比，鸿蒙的串口驱动极大简化了。
对于输出：不使用中断，直接使用查询方式输出。
对于输入：使用中断，我们只需要提供底层硬件相关的代码。
要注意：使用的是虚拟地址。

3.2 MMU设置

MMU有2大功能：

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3.2.1 权限管理

  • 比如可以把进程A、B的地址空间完全隔离开，它们互不影响
  • 写得差的进程、有恶意的进程，不能影响到其他进程
  • 用户程序、内核地址空间完全隔离开：不允许用户直接访问硬件

3.2.2 地址映射

  • 使能MMU后，CPU发出的地址被称为"虚拟地址"，它不是直接发送给硬件，而是发给MMU

  • MMU根据页表

    • 进行权限判定
    • 转换为物理地址，发给外设

    运行app1时，CPU发出的addr，通过MMU映射到paddr1；
    运行app2时，CPU发出的同一个addr，通过MMU映射到paddr2；
    虽然app1、app2使用的地址相同，但是对应的内存不同

  • 在移植过程中，我们不需要关注“权限”，只需要关注“地址映射”

3.3 中断子系统

操作系统跟单片机程序最大的区别，就是多任务，也就是同时运行多个程序。
同时，对人类来说是这样的，多个程序好像可以同时运行，实际上它们是轮流运行。

3.3.1 操作系统"同时"运行多个任务

轮流运行：

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3.3.2 串口接收数据的中断

使用串口接收数据时，如果使用"查询"方式，低效并且费电。 一般都使用中断方式。

3.4 存储设备的驱动程序

板子上一般都有EMMC、SD/TF卡、Nor Flash、Nand Flash等存储设备。 Nor Flash、Nand Flash的驱动程序相对简单，但是这些设备比较少见了。 而EMMC、SD/TF卡的驱动程序又太复杂，足够出一个专题了。
我们聚焦在最小系统的移植，先把流程走通：用内存来模拟Flash。

3.5 根文件系统

光有存储设备还不行，上面需要有文件：这就是根文件系统。
一个程序要能运行，出了你写出的程序本身，还需要其他库，比如printf就不是你写的，它在库文件里。 根文件系统里会有这些内容：

  • 程序
  • 库
  • 配置文件
  • 用户数据(可选)
  • 驱动程序(可选)

4. 想做更多

  • 为有更好的人机交互可以移植LCD、触摸屏驱动
  • 为了方便开发，移植EMMC驱动、网卡驱动
  • 要接各类外设，还需要I2C、SPI、GPIO、UART驱动
  • 摄像头、声卡驱动

5. 基础知识

移植内核对技术的要求比较全面、比较细致。

5.1 单片机相关的知识

  • 栈的作用

  • 加载地址、链接地址

  • 重定位

  • 几个简单的硬件知识 * 串口 * 定时器

  • 中断的概念

5.2 Linux操作相关的知识

  • Linux常用命令
  • 简单的脚本：脚本就是把命令写在一个文件里
  • GCC编译命令
  • Kconfig和Makefile

5.3 芯片相关知识

  • 能阅读芯片手册(英文)
  • 移植最小系统时，涉及的手册内容不多
  • 能看懂硬件原理图
  • 移植最小系统时，涉及的原理图内容不多

6. 驱动程序知识

对于只有单片机知识的人来说，怎么去操作硬件？

  • 直接读写寄存器
  • 使用库函数

在RTOS中，本质也是去读写寄存器，但是需要有统一的驱动程序框架。 所以：RTOS驱动 = 驱动框架 + 硬件操作

6.1 以点灯为例

6.1.1 硬件原理

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6.1.2 单片机点灯

  • 方法1：直接读写寄存器

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  • 方法2：使用厂家的HAL库
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6.1.3 Liteos-a/Linux怎么点灯

使用MMU时，一般APP与内核是相互隔离的。APP通过标准的open/read/write等文件操作函数去调用驱动程序。
如下图所示：

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为何要多此一举？

  • 它们支持MMU(内存管理单元)
  • 用户程序跟内核是分隔开的，用户程序不能直接读写寄存器
  • 用户程序通过标准接口访问驱动程序
  • 基于这些内核的软件一般都比单片机软件复杂，术业有专攻
  • 不应该让写APP的人去看原理图、写驱动、写寄存器
  • 软件和硬件隔离，硬件再怎么变化，只需要改驱动，APP不需要改

6.2 怎么编写驱动程序

6.2.1 驱动程序的核心

Linux和Liteos-a的驱动程序时类似的，Liteos-a的更加精简。
既然APP使用驱动是调用open/read/write等接口，那么写驱动程序是最简单的方法就是提供对应的drv_open/drv_read/drv_write等函数。
这些函数放在一个结构体里：Linux对应file_operations结构体，Liteos-a对应file_operations_vfs结构体。

1. Linux

Linux中是定义一个file_operations结构体，如下:

struct file_operations {struct module *owner;loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);int (*open) (struct inode *, struct file *);int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);int (*release) (struct inode *, struct file *);int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);int (*fasync) (int, struct file *, int);int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);int (*check_flags)(int);int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **);long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,  loff_t len);int (*show_fdinfo)(struct seq_file *m, struct file *f);};

2. Liteos-a

Liteos-a中定义了一个file_operations_vfs结构体，如下：

struct file_operations_vfs{  /* The device driver open method differs from the mountpoint open method */  int     (*open)(FAR struct file *filep);  /* The following methods must be identical in signature and position because   * the struct file_operations and struct mountp_operations are treated like   * unions.   */  int     (*close)(FAR struct file *filep);  ssize_t (*read)(FAR struct file *filep, FAR char *buffer, size_t buflen);  ssize_t (*write)(FAR struct file *filep, FAR const char *buffer, size_t buflen);  off_t   (*seek)(FAR struct file *filep, off_t offset, int whence);  int     (*ioctl)(FAR struct file *filep, int cmd, unsigned long arg);  int     (*mmap)(FAR struct file* filep, struct VmMapRegion *region);  /* The two structures need not be common after this point */#ifndef CONFIG_DISABLE_POLL  int     (*poll)(FAR struct file *filep, poll_table *fds);#endif  int     (*unlink)(FAR struct inode *inode);};

6.3 注册驱动程序

1. Linux

static struct file_operations hello_drv = {.owner = THIS_MODULE,.open    = hello_drv_open,.read    = hello_drv_read,.write   = hello_drv_write,.release = hello_drv_close,};int major = register_chrdev(0, "hello", &hello_drv);  /* /dev/hello */static struct class *hello_class = class_create(THIS_MODULE, "hello_class");device_create(hello_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "hello"); /* /dev/hello */

2. Liteos-a

static const struct file_operations_vfs g_helloDevOps = {    .open   = hello_open,    .close  = hello_close,    .read   = hello_read,    .write  = NULL,    .seek   = NULL,    .ioctl  = NULL,    .mmap   = NULL,    .unlink = NULL,};int ret = register_driver("/dev/hello", &g_helloDevOps, 0666, NULL);

6.4 APP如何使用

Linux和Liteos-a在APP层面都一样：

int main(int argc, char **argv){int fd;char buf[1024];int len;/* 1. 判断参数 */if (argc < 2) {printf("Usage: %s -w \n", argv[0]);printf("%s -r\n", argv[0]);return -1;}/* 2. 打开文件 */fd = open("/dev/hello", O_RDWR);if (fd == -1){printf("can not open file /dev/hello\n");return -1;}/* 3. 写文件或读文件 */if ((0 == strcmp(argv[1], "-w")) && (argc == 3)){len = strlen(argv[2]) + 1;len = len < 1024 ? len : 1024;write(fd, argv[2], len);}else{len = read(fd, buf, 1024);buf[1023] = '\0';printf("APP read : %s\n", buf);}close(fd);return 0;}
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