摘要：樹莓派是英國的慈善組織“Raspberry Pi 基金會”開發的一款基於arm的微型電腦主板。本文介紹基於LiteOS的樹莓派移植過程。
本文分享自華爲雲社區《2021 LiteOS樹莓派移植指南(一)》，作者： Lionlace 。
樹莓派是英國的慈善組織“Raspberry Pi 基金會”開發的一款基於arm的微型電腦主板。本文介紹基於LiteOS的樹莓派移植過程。
硬件信息
開發板：Raspberry Pi 2 Model B（樹莓派2B）
CPU：Broadcom BCM2836
主頻：900MHz
內存：1GB
GPU：VideoCore IV GPU
移植準備
硬件環境
本實驗使用了Raspberry Pi 2 Model B開發板、USB轉TTL模塊、SDcard和讀卡器。
軟件環境
- 本實驗需要先按照碼雲上的LiteOS教程搭建好linux環境（make、arm-none-eabi編譯工具鏈）。環境搭建教程：https://gitee.com/LiteOS/LiteOS/blob/master/doc/LiteOS_Build_and_IDE.md
- 本實驗需要下載官方的鏡像製作工具（Raspberry Pi Imager），下載地址：https://www.raspberrypi.org/software/
移植步驟
創建目錄結構
在targets目錄下新增Raspberry_Pi2B目錄，參考與cortex-A7架構差異較小的realview-pbx-a9的啓動流程進行移植。
- 將realview-pbx-a9目錄下的reset_vector.S和main.c拷貝到Raspberry_Pi2B目錄下並將reset_vector.S重命名爲los_startup_gcc.S。
- 將realview-pbx-a9目錄下的board.ld和liteos.ld中內容合併到Raspberry_Pi2B目錄下liteos.ld文件中。
- 拷貝realview-pbx-a9目錄下include、os_adapt文件夾到Raspberry_Pi2B目錄下，並刪除不需要的dma相關頭文件include/asm/dma.h。
關閉SMP和MMU
在los_startup_gcc.S文件中增加關閉SMP和MMU的代碼。
- 關閉SMP功能
mrc p15, 0, r0, c1, c0, 1
bic r0, r0, #0x40
mcr p15, 0, r0, c1, c0, 1
上表是ACTLR（Auxiliary Control Register）寄存器bit6功能描述信息，瞭解更多寄存器相關信息可以參考Cortex-A7 MPCore Technical Reference Manual。
- 關閉MMU的功能
mrc p15, #0, r0, c1, c0, #0
bic r0, r0, #1
mcr p15, #0, r0, c1, c0, #0 @ clear mmu bit
上表是SCTLR （System Control Register）寄存器bit0功能描述信息，瞭解更多寄存器相關信息可以參考Cortex-A7MPCore Technical Reference Manual。
- 刪除調用SMP相關函數
刪除los_startup_gcc.S中的enable_scu和secondary_cpu_start。
使能FPU/ENON
配置FPU/NEON：
/* enable fpu+neon */
LDR r0, =(0xF << 20)
MCR p15, 0, r0, c1, c0, 2
MOV r3, #0x40000000
VMSR FPEXC, r3以上前兩行代碼用於設置CP10和CP11的訪問權限，後兩行用於設置寄存器FPEXC的EN位來使能FPU。
注：在arm的協處理器設計中，最多可以支持16個協處理器，通常被命名爲cp0～cp15。
上表爲寄存器CPACR bit20-23功能描述信息，瞭解更多寄存器相關信息可以參考Cortex-A7 MPCore Technical Reference Manual。
修改鏈接腳本
樹莓派啓動時首先加載SD卡中的start.elf文件，該程序會讀取SD卡中的config.txt文件內容，該文件記錄了一些配置信息。如果沒有設置啓動地址和啓動文件，則默認會加載kernel8.img文件，該文件是aarch64編譯的程序，啓動地址爲0x80000。如果SD卡中無kernel8.img鏡像文件，則會加載kernel7.img鏡像文件，該文件是32位編譯器編譯的程序，啓動地址爲0x8000。樹莓派2B的cpu是32位架構，因此設置liteos.ld文件中啓動地址爲0x8000。
棧初始化
樹莓派2B啓動文件los_startup_gcc.S中只設置了SVC模式的sp寄存器，新增cpuInit函數來初始化其他模式的sp指針。如下所示：
VOID cpuInit(VOID)
{
__asm__ (
"msr cpsr_c, %1\n\t"
"mov sp, %0\n\t"
"msr cpsr_c, %3\n\t"
"mov sp, %2\n\t"
"msr cpsr_c, %5\n\t"
"mov sp, %4\n\t"
"msr cpsr_c, %7\n\t"
"mov sp, %6\n\t"
"msr cpsr_c, %8\n\t"
:
: "r" (__irq_stack_top),
"I" (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | CPSR_IRQ_MODE),
"r" (__abt_stack_top),
"I" (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | CPSR_ABT_MODE),
"r" (__undef_stack_top),
"I" (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | CPSR_UNDEF_MODE),
"r" (__fiq_stack_top),
"I" (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | CPSR_FIQ_MODE),
"I" (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | CPSR_SVC_MODE)
: "r14");
}配置動態內存地址
#define OS_SYS_MEM_ADDR ((void *)(&__bss_end))
#define LOS_HEAP_ADDR_END (void*)(0x0 + 4 * 1024 * 1024)
#define OS_SYS_MEM_SIZE (UINT32)(((UINT32)LOS_HEAP_ADDR_END - (UINT32)OS_SYS_MEM_ADDR + (64 - 1)) & ~(64 - 1))以上代碼定義OS_SYS_MEM_ADDR爲動態內存起始地址，LOS_HEAP_ADDR_END爲動態內存結束地址，OS_SYS_MEM_SIZE爲動態內存大小。
串口實現
樹莓派2B原理圖引出了mini_uart串口TXD0、RXD0，對應的引腳爲GPIO14、GPIO15，如下圖所示：
創建usart.c和usart.h文件，在usart.c中編寫串口初始化函數UartInit，並實現uart_debug.c文件中uart_getc、uart_hwiCreate、uart_write接口，實現printf函數從串口輸出。
適配中斷
樹莓派2B的中斷屬於bcm特定的中斷控制器。在drivers/interrupt目錄下新增arm_control.c文件，並在該文件中實現HwiControllerOps結構體內的回調函數。
STATIC const HwiControllerOps g_armControlOps = {
.enableIrq = HalIrqUnmask,
.disableIrq = HalIrqMask,
.getCurIrqNum = HalCurIrqGet,
.getIrqVersion = HalIrqVersion,
.getHandleForm = HalIrqGetHandleForm,
.handleIrq = IrqEntryArmControl,
.clearIrq = HalIrqClear,
.triggerIrq = HalIrqPending,
};
以上表格是interrupt寄存器偏移地址，讀者想了解詳細寄存器相關信息請參考官方芯片手冊。
適配systick
樹莓派2B通過Timer(arm side)來觸發systick中斷。具體操作細節請參考文件：drivers\timer\rasp_systick.c。
/* systime=250000000 */
timer->preDivider = (OS_SYS_CLOCK / OS_SYS_US_PER_SECOND - 1);
timer->reload = 0;
timer->load = 0;
timer->IRQClear = 0;
timer->control = 0;
timer->reload = LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND;
timer->load = LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND;
/* 23-bit counter, enable interrupt, enable timer */ timer->control = (1 << 1) | (1 << 5) | (1 << 7);
UINT32 ret = LOS_HwiEnable(ARM_TIMER_INI);以上代碼配置定時器Timer爲每1ms觸發一次systick中斷。
以上是Timer寄存器偏移地址，讀者想了解詳細寄存器相關信息請參考官方芯片手冊。
配置編譯
在targets目錄下新增kconfig.raspberry文件：
ConfigLOSCFG_PLATFORM
config LOSCFG_PLATFORM
string
default "Raspberry_Pi2B" if LOSCFG_PLATFORM_Raspberry_Pi2B
choice
prompt "Board"
depends on LOSCFG_FAMILY_RASPBERRY
default LOSCFG_PLATFORM_Raspberry_Pi2B
help
Raspberry_Pi2B
config LOSCFG_PLATFORM_Raspberry_Pi2B
bool "Raspberry_Pi2B"
select LOSCFG_ARCH_CORTEX_A7
select LOSCFG_USING_BOARD_LD
select LOSCFG_PLATFORM_ARM_CONTROL
select LOSCFG_Raspberry_Pi2B_SYSTICK
endchoice修改Makefile文件
分別修改以下路徑Makefile（詳情請參考gitee倉庫對應文件）：driver/timer/Makefiledriver/interrupt/Makefiletargets/Raspberry_Pi2B/Makefile
添加.img生成指令
在根目錄下Makefile中添加指令$(OBJCOPY) -O binary $(OUT)/[email protected] $(OUT)/kernel7.img，用來將生成的elf文件轉換生成kernel7.img文件。
製作啓動SDcard
- 使用Raspberry Pi Imager工具製作Raspberry Pi系統。
Raspberry Pi Imager 下載鏈接：https://www.raspberrypi.org/software/
- 將編譯生成的kernel7.img文件替換掉SDcard中kernel7.img文件。
- 將寫入鏡像文件的SDcard插入樹莓派2B中並上電，樹莓派2B即可運行LiteOS系統。運行結果如下：
********Hello Huawei LiteOS********
LiteOS Kernel Version : 5.1.0
build data : Jul 13 2021 16:40:42
**********************************
OsAppInit
cpu 0 entering scheduler
app init!
Hello, welcome to liteos demo!
Huawei LiteOS #至此，LiteOS系統成功啓動和運行。該移植工程已經在Gitee LiteOS社區上線，相關代碼鏈接地址爲：https://gitee.com/LiteOS/LiteOS/tree/master/targets/Raspberry_Pi2B
參考文獻鏈接
[1] Raspberry Pihardware - Raspberry Pi Documentation：https://www.raspberrypi.org/documentation/hardware/raspberrypi/README.md
[2] 樹莓派官方芯片手冊：
https://datasheets.raspberrypi.org/bcm2835/bcm2835-peripherals.pdf
[3] Cortex-A7 MPCore Technical Reference Manual：
https://developer.arm.com/documentation/ddi0464/f?lang=en