F1C100S rt-smart 内核移植(二)
前言
本篇的内容进入了rt-smart内核的C语言世界，因此会同时涉及到较多的.c文件，需要读者对rt-smart内核有基本的认识，至少需要大致了解内核的文件结构。
在上一章节中，我们从启动汇编start_gcc.S进入了内核入口rtthread_startup，该内核入口函数位于./kernel/src/components.c文件中；一般而言，为了保证内核的代码统一和可移植性，通常不会直接修改rtthread_startup里面的内容，而是根据主板硬件和用户实际需求将自身特定的代码实现在函数rt_hw_board_init中；跳转到components.c中就可以看到以下内容：
int rtthread_startup(void)
{
rt_hw_interrupt_disable();
/* board level initialization
* NOTE: please initialize heap inside board initialization.
*/
rt_hw_board_init();
/* show RT-Thread version */
rt_show_version();
/* timer system initialization */
rt_system_timer_init();
/* scheduler system initialization */
rt_system_scheduler_init();
#ifdef RT_USING_SIGNALS
/* signal system initialization */
rt_system_signal_init();
#endif
/* create init_thread */
rt_application_init();
/* timer thread initialization */
rt_system_timer_thread_init();
/* idle thread initialization */
rt_thread_idle_init();
#ifdef RT_USING_SMP
rt_hw_spin_lock(&_cpus_lock);
#endif /*RT_USING_SMP*/
/* start scheduler */
rt_system_scheduler_start();
/* never reach here */
return 0;
}
关闭中断
rtthread_startup进来第一步便是关闭中断rt_hw_interrupt_disable，屏蔽中断FIQ和IRQ；由于我们在start_gcc.S启动代码中已经关闭了中断控制器(INTC)，这里实际上运行到此处是不会有外部中断产生的。'rt_hw_interrupt_disable'函数实现位于context_gcc.S中，由于后面开启调度器会强行使能中断，因此这里可以不接收返回的CPSR寄存器值。
板级初始化
第二步调用的函数rt_hw_board_init，在rtthread标准版中主要执行芯片相关的初始化操作，例如获取CPU主频，开启systick定时器，执行BOARD_EXPORT宏导出的初始化函数。在rt-smart系统中，除了上述工作还新增了二级页表配置，ioremap配置，LWP用户态初始化等，板级初始化函数也是rt-smart适配到不同芯片时比较重要的步骤。
rt_hw_board_init函数的实现通常实现在bsp目录下，例如./kernel/bsp/allwinner_tina/driver/board.c中，下面代码中已经定义的宏:RT_USING_USERSPACE RT_USING_HEAP RT_USING_CONSOLE RT_USING_COMPONENTS_INIT
// 以下全局变量、宏定义、结构体定义是从其它文件复制而来，
// 在真实内核文件结构中并不在一起，这里放在一起是为了便于说明
#define HEAP_END (void*)(KERNEL_VADDR_START + 8 * 1024 * 1024)
#define PAGE_START HEAP_END
#define PAGE_END (void*)(KERNEL_VADDR_START + 32 * 1024 * 1024)
#ifdef RT_USING_USERSPACE
rt_region_t init_page_region = {
(size_t)PAGE_START,
(size_t)PAGE_END,
};
#endif
typedef struct
{
size_t *vtable;
size_t vstart;
size_t vend;
size_t pv_off;
} rt_mmu_info;
rt_mmu_info mmu_info;
void rt_hw_board_init(void)
{
#ifdef RT_USING_USERSPACE
// 0xf0000000 ~ 0xffffffff - 1 高256MB保留作为动态设备映射地址空间
rt_hw_mmu_map_init(&mmu_info, (void*)0xf0000000, 0x10000000, (size_t *)MMUTable, PV_OFFSET);
rt_page_init(init_page_region);
rt_hw_mmu_ioremap_init(&mmu_info, (void*)0xf0000000, 0x10000000);
arch_kuser_init(&mmu_info, (void*)0xffff0000);
#else
rt_hw_mmu_map_init(&mmu_info, (void*)0x80000000, 0x10000000, MMUTable, 0);
rt_hw_mmu_ioremap_init(&mmu_info, (void*)0x80000000, 0x10000000);
#endif
#ifdef RT_USING_HEAP
/* initialize system heap */
rt_system_heap_init(HEAP_BEGIN, HEAP_END);
#endif
rt_hw_interrupt_init();
ccu_init();
rt_hw_gpio_init();
/* init hardware interrupt */
rt_hw_uart_init();
#ifdef RT_USING_CONSOLE
/* set console device */
rt_console_set_device(RT_CONSOLE_DEVICE_NAME);
#endif /* RT_USING_CONSOLE */
os_clock_init();
#ifdef RT_USING_COMPONENTS_INIT
rt_components_board_init();
#endif
}
rt_hw_mmu_map_init
rt_hw_mmu_map_init主要是预留0xf0000000 ~ 0xffffffff高256M地址空间作为外设地址空间，其中的实现也并不复杂，只是配置下mmu_info这个结构体，在后面使用虚拟地址映射实际的物理外设时配合mmu_info里面的信息进行检查和分配。
其函数原型如下
/**
* @param mmu_info 用于存储地址信息的mmu_info结构体
* @param v_address 起始虚拟地址
* @param size 空间大小 unit:byte
* @param vtable 当前使用的MMU页表(内核页表)
* @param pv_off 内核起始虚拟地址和DRAM物理起始地址的差值 0xC0000000
* */
int rt_hw_mmu_map_init(rt_mmu_info *mmu_info, void* v_address, size_t size, size_t *vtable, size_t pv_off)
rt_hw_mmu_map_init的初始化操作还是比较简单的，该函数的返回值上层也没有处理，事实上这里不应该出错，这是内核移植者应当保证的。(因为此时串口都还没初始化，在这之前即使发生错误也无法告知用户了。)
rt_page_init
rt_page_init为页内存(页面)初始化，rt-smart和32位linux系统一样，使用4KB的页大小，因此虚拟地址空间和物理地址空间的分页都是4KB；页面内存的范围由init_page_region结构体指定，start表示页内存起始地址，end表示页内存的结束地址(不包含end地址本身)。
typedef struct tag_region
{
size_t start;
size_t end;
} rt_region_t;
通过上面的HEAP_BEGIN, HEAP_END, PAGE_START, PAGE_END宏定义，我们可以推断出rt-smart的内存布局情况：
rt_page_init使用struct page链表结构(连续内存的数组实现)记录下“页内存空间”可以被划分的4K页面数量，同时在“内核代码/数据区”记录下头指针用于索引整个链表。
rt-smart的页内存管理是基于伙伴分配器的思想，后面有时间再单独开一篇，这里只介绍下它的初始化过程，在实际系统移植过程中，page.c是不用修改的。
// page结构体在32位平台占用16字节
struct page
{
struct page *next; /* same level next */
struct page *pre; /* same level pre */
uint32_t size_bits; /* if is ARCH_ADDRESS_WIDTH_BITS, means not free */
int ref_cnt; /* page group ref count */
};
void rt_page_init(rt_region_t reg)
{
int i;
// 将页内存空间起始地址向上对齐到4KB边界，结束地址向下对齐到4KB边界
reg.start += ARCH_PAGE_MASK;
reg.start &= ~ARCH_PAGE_MASK;
reg.end &= ~ARCH_PAGE_MASK;
{
// 计算一个物理页4KB能够存储的page结构体数量，4K / 16B = 256
int nr = ARCH_PAGE_SIZE / sizeof(struct page); // 256
// 计算总共有多少个可用物理页，这里我给页内存空间指定了24MB内存，
// 那么可划分成24 * 1024 / 4 = 6144个物理页
int total = (reg.end - reg.start) >> ARCH_PAGE_SHIFT; // 6144
// 计算存放page结构需要的物理页数量
// 一个物理页能存放256个page结构体，那么6144个页需要6144个page结构体
// 也就需要 6144 / 256 = 24个物理页，这部分空间留给页分配器管理剩下的空间
// 当然了"mnr"总是偏大的，因为它把自己占用的空间也算到page结构体管理范围了
// 页分配器不可能自己管理自身占用的内存，不过(total + nr) / (nr + 1)都对齐到4K了，也不用在意那几百个字节
int mnr = (total + nr) / (nr + 1); // 24
RT_ASSERT(mnr < total);
page_start = (struct page*)reg.start;
reg.start += (mnr << ARCH_PAGE_SHIFT); // + 98304
page_addr = (void*)reg.start;
page_nr = (reg.end - reg.start) >> ARCH_PAGE_SHIFT;
}
/* init free list */
for (i = 0; i < ARCH_PAGE_LIST_SIZE; i++)
{
page_list[i] = 0;
}
/* 初始化可供分配的物理页管理结构体 */
for (i = 0; i < page_nr; i++)
{
page_start[i].size_bits = ARCH_ADDRESS_WIDTH_BITS;
page_start[i].ref_cnt = 1;
}
struct page *p;
unsigned int align_bits;
unsigned int size_bits;
/* add pages to free list */
while (reg.start != reg.end)
{
size_bits = ARCH_ADDRESS_WIDTH_BITS - 1 - rt_clz(reg.end - reg.start);
align_bits = rt_ctz(reg.start);
if (align_bits < size_bits)
{
size_bits = align_bits;
}
p = addr_to_page((void*)reg.start);
p->size_bits = ARCH_ADDRESS_WIDTH_BITS;
p->ref_cnt = 1;
_pages_free(p, size_bits - ARCH_PAGE_SHIFT);
reg.start += (1UL << size_bits);
}
}
待完成...
