移植步驟詳解
下面就以MDK 4.72爲開發環境，詳細說明Hello China內核向STM32的移植過程。MDK 4.72評估版只支持32K代碼的編譯，這對Hello China的內核來說，裁剪掉一些非核心功能，也足夠了。如果您希望體驗更多功能，請使用非評估版。您可以花錢買，也可以通過其它途徑獲得，具體不細說，你懂的。
首先建立一個新的項目，注意要指定一個項目所在目錄，並選擇合適的STM32芯片。我選擇的是STM32F103R8，如下圖：
點擊OK後，MDK會提示是否拷貝startup_stm32f10x_md.S到項目中，選擇“是”。這樣MDK會自動生成一個啓動文件，到所選目錄下。
假設項目所在的目錄是HXOS03，則進入該目錄，創建下列幾個文件夾：
其中HXOS存放Hello China操作系統源文件，Obj&Lst存放MDK編譯生成的過程和目標文件，Startup存放啓動文件（把上圖中startup_stm32f10x_md.s拷貝到Startup文件夾），User則存放用戶應用程序源文件。
然後把Hello China V1.76的源文件拷貝到HXOS目錄下。下面是拷貝之後的結構（HXOS目錄下所包含的文件夾）：
其中有幾個文件夾，在STM32下是不需要的，可以把它刪除掉。主要有fs/shell兩個目錄。其中fs存放的是文件系統代碼，我們的移植目標板上沒有存儲系統，故不需要該文件夾內容。Shell是面向PC的一個命令行界面，在STM32下也不需要。
再進入MDK，建立與上述目錄基本對應的文件夾架構，如下圖：
然後把文件夾中的文件，逐一添加到項目中。需要注意的是，MDK只支持二級目錄，即不能繼續在HXOS目錄下再創建子目錄。由於HXOS存放的是Hello China源代碼，分好幾個子目錄存放，因此在添加到項目中的時候，實際目錄結構就消失了，所有文件都統一顯示在MDK的HXOS目錄下。這有點不方便，主要是尋找某個文件的時候，但好消息是，操作系統內核需要修改的地方不多，而且一勞永逸，這個不方便也可以克服。
完成文件的添加後，在MDK中對項目做一些配置。打開項目選項對話框（爲了簡便，就不貼圖了。MDK中按下ALT+F7鍵，即可看到），主要有以下幾點設置：
1． 把編譯生成的中間和目標文件，以及list文件，存放到創建的Obj&Lst目錄下。選擇對話框中的output和listing選項，分別點擊“select folder for objects…”和“select folder for listings…”，即可設置；
2． 選擇項目選項對話框中的“C/C++“頁籤，在”Define“編輯框中，輸入”STM32F10X_MD“。這是一個預定義宏，告訴編譯器，我們的目標STM32平臺是中等密度的（因爲我們選擇的目標是STM32F103RB）。至於什麼是STM32 MD，HD，LD等，請參閱相關資料；
配置完成後，點擊OK。
接下來，需要修改幾個地方的代碼，主要有：
1． 啓動文件中，需要增加鏈接中斷的代碼。打開startup_stm32f10x_md.s文件，找到下列代碼：
………
USART1_IRQHandler
USART2_IRQHandler
USART3_IRQHandler
EXTI15_10_IRQHandler
RTCAlarm_IRQHandler
USBWakeUp_IRQHandler
B .
ENDP
ALIGN
把上述代碼中的“B .“一行刪除，修改爲下列代碼（斜體部分）：
………
EXTI15_10_IRQHandler
RTCAlarm_IRQHandler
USBWakeUp_IRQHandler
IMPORT Int_Entry_Wrapper
LDR R0,=Int_Entry_Wrapper
BX R0
ENDP
ALIGN
這樣就實現了硬件中斷和Hello China操作系統中斷機制的鏈接。
2. 內存配置。找到HXOS目錄下的mem_scat.c文件，找到下列代碼：
__MEMORY_REGION SystemMemRegion[] = {
{(LPVOID)KMEM_ANYSIZE_START_ADDRESS,0x00100000},
{(LPVOID)(KMEM_ANYSIZE_START_ADDRESS+ 0x00100000),0x00100000},
{(LPVOID)(KMEM_ANYSIZE_START_ADDRESS+ 0x00200000),0x00100000},
{(LPVOID)(KMEM_ANYSIZE_START_ADDRESS+ 0x00300000),0x00100000},
//Please add more memoryregions here.
//The last entry must beNULL and zero,to indicate the end of this array.
{NULL,0}
};
修改爲下列內容：
__MEMORY_REGION SystemMemRegion[] = {
{(LPVOID)0x20003000,0x00002000},
//Please add more memoryregions here.
//The last entry must beNULL and zero,to indicate the end of this array.
{NULL,0}
};
這告訴操作系統的內存管理機制，空閒內存是從0x20003000開始，長度是8K。這裏直接使用了固定編碼的方式，告訴操作系統空閒內存起始地址。這種處理方式是不合適的，因爲如何確定空閒內存起始地址，是個問題。這裏的0x20003000是通過分析編譯輸出的map文件，推算出來的。但是要實現自動的空閒內存設定，則需要修改編譯器的散列文件（sct文件），比較複雜。因此暫時先用這種方式替代。如有複雜的場景，再考慮修改sct文件來實現空閒內存的自動界定。如果讀者朋友有更好的方法，也歡迎反饋。
3. 接下來是最後一步，就是修改config.h文件。這是操作系統的核心配置文件，相關功能模塊都在這個文件中進行配置。具體來說，註釋掉某些宏定義，並打開針對STM32的一些宏定義。下列是修改之後，該文件的大致內容（刪除了註釋）：
#define __CONFIG_H__ //Include switch.
#define __CFG_CPU_LE
//CPU types,the following definitions are exclusive.
//#define __I386__
//#define __ARM7__
//#define __ARM9__
//#define __ARM11__
#define __STM32__
#define SYSTEM_TIME_SLICE 50
#define MIN_STACK_SIZE 128
#define MAX_INTERRUPT_VECTOR 128
#define DEFAULT_STACK_SIZE 0x00000400 //1k space for kernel threadstack.
//#define __CFG_SYS_IS
//#define __CFG_SYS_VMM
//#define __CFG_SYS_BM
#define __CFG_SYS_MMFBL
//#define __CFG_SYS_MMTFA
#define __CFG_SYS_DDF
//Include CPU statistics functions in OS.
//#define __CFG_SYS_CPUSTAT
//#define __CFG_SYS_SHELL
//#define __CFG_SYS_CONSOLE
//#define __CFG_DRV_IDE
//#define __CFG_DRV_COM
//Include USART driver in OS,specific for STM32 or ARM platform.
#define __CFG_DRV_USART
//#define __CFG_DRV_MOUSE
//#define __CFG_DRV_KEYBOARD
//#define __CFG_FS_FAT32
//#define __CFG_FS_NTFS
//#define __CFG_FS_RAM
//#define __CFG_FS_FLASH
//#define __CFG_NET_IPV4
//#define __CFG_NET_IPV6
#define __CFG_USE_EOS
//User entry point thread's priority if used as EOS.
#define __HCNMAIN_PRIORITY PRIORITY_LEVEL_NORMAL
//User entry point thread's name.
#define __HCNMAIN_NAME "HCN_Main"
從中可以看出Hello China操作系統的裁剪配置思路。只要把對應的宏定義打開，相應的功能就包含在Hello China內核裏面了。註釋掉之後，相應的功能就被裁剪掉，內核尺寸就會變小。
完成上述所有修改和配置之後，直接在MDK中按F7鍵，即可編譯鏈接了。會有一些告警提示，忽略即可。如無意外，應該會編譯成功，生成目標文件。
這時候，可以使用MDK內置的模擬器進行調試。由於我們實現了USART1的驅動程序，也隨之實現了一個簡單的交互界面（在user文件夾下的usermain.c文件中），因此如果用串口鏈接STM32的USART1接口，輸入“m”，即可看到內存使用情況的統計輸出。
下面介紹一個簡單的調試方法。在進入調試狀態後（選擇“debug”菜單，選擇“start/stop debug session”選項），在MDK左下角彈出的command窗口中，輸入下列命令：
mode com3 115200,0,8,1
assign com3 <s1in> s1out
如下圖：
即可把PC機的COM3接口與MDK所虛擬的STM32的USART1鏈接起來（波特率是115200，無校驗，8位數據位，1位停止位）。
這時候使用諸如VSPD等串口虛擬軟件，把COM3（鏈接了STM32的USART1）和COM4環接起來，則使用諸如超級終端等串口軟件（指定COM4串口，並配置與COM3相同的參數），即可與STM32虛擬機交互了。下圖是交互的輸出：
用戶編程模型
Hello China在初始化完成之後，如果發現定義了__CFG_USE_EOS宏，則試圖創建一個核心線程，入口函數名稱是_HCNMain。用戶應用程序代碼需要在這個函數中實現。因此，在成功移植Hello China之後，用戶需要在user目錄下，創建自己的源文件，並實現_HCNMain函數。這個函數與缺省的main函數一樣，是用戶功能代碼的入口。在_HCNMain函數中，用戶可以調用Hello China提供的一系列系統服務，比如創建核心線程，申請/釋放內存，讀寫文件等。下面是系統附帶的一個實現，這個實現很簡單，就是不斷讀取USART1的輸入，並回顯出來。如果發現輸入是“m”，則調用ShowMemory函數，輸出內存分配情況。
下面是_HCNMain函數的源代碼，貼到這裏供參考。如果用戶想實現自己的獨特功能，可以直接修改_HCNMain函數：
DWORD _HCNMain(LPVOID pData)
{
__COMMON_OBJECT* hUsart =NULL;
DWORD dwWriteLen = 0;
CHAR chCmd;
CHAR strInfo[64];
hUsart =IOManager.CreateFile(
(__COMMON_OBJECT*)&IOManager,
"\\\\.\\USART1",
0,
0,
NULL);
if(NULL == hUsart)
{
SER_PutString("_HCNMain:Can not open USART object.\r\n");
return 0;
}
SER_PutString("_HCNMain:Open device USART successfully.\r\n");
while(TRUE)
{
if(IOManager.ReadFile(
(__COMMON_OBJECT*)&IOManager,
hUsart,
1,
&chCmd,
NULL))
{
IOManager.WriteFile(
(__COMMON_OBJECT*)&IOManager,
hUsart,
1,
&chCmd,
&dwWriteLen);
if('m' ==chCmd)
{
ShowMemory(hUsart);
}
}
}
//return 1;
}
從上述代碼中可以看出，_HCNMain可以調用Hello China操作系統的API，來實現相應功能。對物理設備的操作也大大簡化，所有設備，都是按照文件的操作接口來統一操作。這樣的好處是，不用關心底層的驅動程序實現，只需要聚焦應用的實現即可。這種模式適合大型軟件的開發，可以把整個任務分爲兩個部分：驅動代碼和應用代碼，並分別由不同的團隊承接，相互不干擾，有利於提升開發效率。
其它相關問題的說明
接下來，對操作系統移植過程中的其它相關問題做一番說明。首先是CPU復位後的執行入口點問題。在startup文件中，MDK定義了一個入口點函數Reset_Handler，Hello China的實現方式是，在osadapt.s中重新定義一個Reset_Handler函數，替代MDK定義的這個。因爲MDK在定義的時候，使用了[weak]修飾，因此只要在osadapt.S中定義的Reset_Handler不使用weak修飾即可。這樣CPU復位後，將跳轉到osadapt.S文件定義的Reset_Handler處開始執行。這時候會首先調用SystemInit函數，這個函數是一個缺省實現，從MDK開發環境附帶的例子（位於Keil\ARM\Examples目錄下）中拷貝過來的。SystemInit函數完成系統時鐘的配置等工作，然後再跳轉到MDK定義的__main函數。這個函數內嵌了一些全局數據重定位代碼，把全局變量搬遷到0x200000000開始處（即RAM開始處），然後再調用main函數。Main函數在os_Entry.c文件中實現，調用了操作系統初始化函數_OS_Entry。_OS_Entry完成Hello China操作系統的初始化，並創建用戶線程_HCNMain。_HCNMain得到調度的時候，就正式進入用戶程序了。需要說明的是，在main函數中，調用_OS_Entry之前，首先對Systick進行了初始化，這是產生系統tick的機制。
USART驅動程序在Hello China初始化過程中被加載。驅動程序首先初始化USART1相關的控制器，開啓USART1功能，然後調用ConnectInterrupt函數，把USART1的中斷處理函數鏈接到Hello China的中斷處理機制。這樣USART1就可以被用戶程序通過文件API訪問了。具體例子，可參考上述_HCNMain的實現案例。
通過合適的裁剪，可以把Hello China的內核大小控制在10～20K之間。當然，如果進一步增加其它功能，比如FS，網絡，shell，則內核尺寸會超過40K。如果進一步增加GUI，則需要額外內存支持了。
最後，再把Hello China的擴展機制總結一下，因爲Hello China的應用目標是物聯網操作系統，需要面對各種規格的硬件配置，因此操作系統的伸縮性是非常關鍵的。Hello China的伸縮性，大致表現在下列方面：
1. 內核線程的數量無限制，可以隨便創建，僅受限於物理內存大小；
2. 採用統一的文件API，訪問文件和設備。這樣可以把用戶功能代碼和底層的硬件驅動程序隔離開，方便大型軟件的開發；
3. 採用鏈式中斷機制，對中斷的數量無限制，而且可以動態添加和刪除中斷處理程序；
4. 內嵌靈活擴展的驅動程序管理框架，要增加驅動程序，只需要按照Hello China的驅動程序框架編寫代碼，然後在驅動程序加載列表中註冊一項即可。操作系統在初始化過程中，會加載驅動程序加載列表中的所有驅動程序；
5. 內存管理機制靈活，可以在mem_scat.c文件中添加多個內存塊，比如外部RAM等，實現統一管理；
6. 實現統一的文件系統框架，用戶通過統一的API接口訪問文件，不管文件的底層存儲格式是什麼。同時，文件系統可動態添加或刪除。在動態添加存儲設備的時候，文件系統會得到通知，如果是可識別的文件系統，會實時掛接到系統中，呈現給用戶。這種機制十分適合外設豐富的應用場景。
總之，通過添加驅動程序，核心線程，文件系統/GUI/網絡功能等模塊，可以快速擴展HelloChina的功能，而且這種功能對用戶來說是完全透明的。相反，通過裁減不需要的功能，也可以把Hello China的尺寸控制在很小的範圍（小於10K）。這樣一種可伸縮性的特徵，符合物聯網操作系統多樣化的需求。
歡迎對物聯網操作系統感興趣的同仁投入，繼續開發。物聯網已經被廣泛看好，支撐物聯網發展的操作系統，必定會越來越受到重視。對參與者個人來說，物聯網操作系統正處於開發的初始階段，這個時候參與進來，持續跟進甚至主導，逐漸積累，在該領域成爲權威，會比其它領域更加容易，效果也會更好。物聯網操作系統給所有系統軟件愛好者提供了一個難得的機會，真誠希望我們都能夠抓住。
同時也歡迎物聯網領域的企業或單位，能夠應用Hello China操作系統。我們會提供更加周到的服務。
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