基于LPC2294嵌入式处理平台实现eCos操作系统的应用
1 引言
嵌入式实时操作系统的使用，可以增强系统性能，确保系统稳定性和可靠性，便于维护开发应用程序．因此越来越广泛 的使用于各种嵌人式系统中。ecos（embedded cofigurable operating system）是一种开源的、免版税的、实时的嵌入式操作系统，适合于深度嵌入式应用，主要应用于消费电子、通信产品、汽车电子等领域。与其它嵌入式实时操作系统不同，ecos具有独特的可配置能力和配置机制。同时ecos具有良好的开放性、兼容性、稳定性、可扩展性和可移植性，而且支持arm、mips、m68k、powerpc等众多微处理器。因此ecos日益受到嵌入式设计人员的关注，正在越来越多应用于嵌入式产品中。
2 ecos体系结构介绍
ecos使用多任务抢占机制，具有中断延迟小，支持同优先级调度，支持嵌入式系统所需的所有同步原语，拥有灵活的调度策略和中断处理机制。而且ecos提供了完备的嵌入式开发功能，包括设备驱动程序、内存管理、例外处理、标准库函数、gnu编译工具集等。
ecos采用模块化的设计，将不同功能的软件分为不同的组件，这些组件具有可重用性，分别位于系统的不同层次，这种分层结构使ecos具有良好的可配置性、可移植性、可兼容性和可扩展性。ecos的层次结构如图1所示。
在ecos体系中最底层的是硬件抽象层hal（hardware abstraction layer），它负责对目标系统硬件平台进行操作和控制，包括硬件初始化，中断和异常的处理。hal屏蔽了底层硬件的 不同，为上层提供了统一的接口。在进行ecos的移植中，关键要对hal进行修改，即可将整个ecos系统移植到新的硬件平台上。hal根据所描述的硬件对象的不同可以分为体系结构抽象层（architecture hal）、变体抽象层（variant hal）、平台抽象层（platform hal）。
图1 ecos的层次结构
redboot是ecos提供的一个boot loader程序，redboot可以引导ecos系统，加载ecos应用程序，提供debug支持，对目标系统环境参数进行管理等。
设备驱动程序负责对硬件设备进行控制管理，并完成设备数据的读写操作。驱动程序为上层软件提供api函数，应用层使用api函数对设备进行访问．完成对设备的操作。
内核是ecos中的核心，它负责完成任务调度、同步原语、处理中断和例外、进行内存管理、负责定时机制，保证系统的实时性等功能。
os抽象层中实现了tcp/ip网络协议、文件系统、标准库函数调用等，为嵌入式应用层软件和应用程序提供api接口函数。
ecos的分层结构，使整个软件结构清晰、有良好的可维护性和可移植性。
3 lpc2294硬件平台
lpc2294是nxp公司的嵌入式微处理器芯片．属于arm7tdmi-s系列。lpc2294有丰富片内资源，而且功耗低．性价比高，可以应用在通信网关、工业控制、医疗设备等多种嵌入式领域中。如图2是硬件平台的结构框图：
图2硬件平台框图
硬件平台以lpc2294处理器为核心，外嗣器件包括8mb nor nash（sst39vf6401b）、512kb sram（is61lv51216）、标准20针jtag接口、rtl8019网卡芯片、rs232串口等组成。本文以此硬件平台为基础．介绍ecos的移植工作，为以arm内核为处理器的ecos移植开发提供一个范例。
4 ecos在lpc2294上的移植
由于ecos支持大部分嵌入式cpu，可移植性强，故ecos的移植丁作主要是hal的移植。其中平台抽象层的移植是hal移植的重点，包括内存布局、平台初始化、中断控制器、串口驱动程序等修改。在移植过程中，如果要将ecos移植到还不支持cpu体系结构，简便高效的方法是利用ecos已经支持的相同体系结构cpu的硬件平台作为模版，建立cdl文件。在ecos.db中进行登记，以与新的目标平台相适应，进而进行移植工作。最新版本的ecos已经支持lpc2294处理器，故ecos在lpc2294上的移植的主要工作是对平台抽象层的相关文件进行修改．采用图形化配置工具进行配置编译和生成镜像文件，完成调试和 移植工作。
4．1建立交叉编译环境和配置工具
ecos的源码可以在ecos维护公司ecoscentric的网站中下载．地址是http://www.ecoscentric.com。由于ecos采用gnu工具集进行编译．因此本文的主机使用redhat9.0操作系统，并安装gcc-3.2.1、binutils-2.13.1、newlib-1.11.0、insight-5.3、wxgtk-2.4.0工具，同时安装交叉编译器arm-elf-tools工具，建立起ecos针对arm平台的交叉编译环境。
另外还要根据主机环境，生成ecos的配置丁具步骤如下：
将ecos解压到/opt目录中，并在/opt目录中建立src、wxbuild、infra-build、ecos-tools、configtool-build目录。首先要配置wxwidget静态链接支持，编译并安装wxgtk，执行如下命令：cd /opt/wx build；/opt/src/wxgtk-2.4.0/configure disable-shared disable sockets\ prefix=/opt/wxgtk-2.4.0；make；make install
配置，编译和安装ecos的主机基础环境，执行如下命令：
cd /opt/infra -build; /opt/ecos/host/configure prefix=/opt/ecos-tools; make; make install
编译安装ecos配置工具，执行如下命令：
cd /opt/configtool -build; make f /opt/ecos/host/tools/configtool/standalone/wxwin/makefile.\ gnu install wxdir=/opt/wxgtk2.4.0 ecossrcdir=/opt/ecos/host installdir=/opt/ecos-\ tools
这样，就完成了ecos的配置工具安装，它位于/opt/ecos-tools/bin目录中，包括了图形配置工具configtools和命令行配置工具ecosconfig。
4．2 配置基本硬件平台
与lpc2294相关的文件在ecos\packages\hal\arm\lpc2xx 目录中，在/opt/ecos-tools/bin中运行图形化配置工具configtools，在huild选项的templates选择和lpc2294相近的模板．就可以进行具体的平台级配置。本文选择phycore-lpc2294/92 development board hal模板作为基本配置平台，根据实际目标系统平台修改ecos中的选项，主要修改包括：
a） 修改arm vector at 0x14选项的值，lpc2xxx系列处理器将ox14处的值作为有效用户代码判断条件，应该满足向量表所以数据32位累加和为0的要求；
b） 修改cpu xtal frequency选项的值，这是cpu晶振值，默认为10mhz，根据实际情况修改为11059200；
c） 修改cpu pll multiplier选项的值，内部pll倍频值默认为6，修改为4；
d） 修改ecos kernel选项的值，根据需要删减内核中不需要的选项；
e） 修改i/o sub-system选项的值，根据实际i/0设备的情况，配置i／0选项；
f） 修改其它配置选项，以适应目标系统平台。
这样就通过图形化配置工具，配置完成了ecos的大部分选项。然而，图形化配置工具并不能完成所有的ecos配置功能．因此还需要对内存分布文件、flash驱动文件进行修改。
4．3 修改内存布局
内存布局文件在ecos/packages/hal/arm/lpc2xxx/phycore229x/current/include/pkgconf目录中，里面包含了ram、rom两种不同启动方式的配置文件，而每种启动方式又对应三种文件格式，分别为：
ldi文件，链接脚本文件，定义了lpc2294的内存域起始地址和长度和段地址，为程序链接时使用。
h文件，使用c宏定义描述lpc2294存储器起始地址和大小．指定程序运行时堆起始地址和大小。
mlt文件，配置工具保存文件，只能由配置工具生成和改变，不能手动修改。
以lpc2294为例，在rom启动时需要修改mlt_arm_lpc2xxx_phycore229x_rom.h文件中的定义，以片外rom的分配和堆地址分配为例，其代码如下：
#define cygmem_reglon—flash（0x80000000）
#define cygmem_regl0n_flash_size（cyghwr_hal_arm_phycore229x_flash_size）
#define cygmem_reglon_flash_attr （cycmem_region_attr_r）
#define cygmem_secction_heap1 （cyg_label_name（_heap1））
#define cygmem_section_heap1_size（0x81000000+cyghwr_hal_arm_phycore229x_sram_size - （size_t） cyg_label_name （_heap 1））
这样，定义了片外rom的起始地址为0x80000000，大小为宏定义中flash的尺寸；定义了程序的堆起始地址为0x81000000，大小也在宏定义中规定。
4．4添加flash驱动
本文的硬件平台flash型号为sst39vf6401b，在ecos中并不支持此型号的flash，所以要为ecos添加flash的驱动程序。sst39vf6401b是8mb的16位nor型flash，块空间数为128，每个块大小为64kb。选择ecos已支持的与此flahh相近的型号at49系列进行修改．将flash_dev_info_t中的block_size和block_count值分别改为0x10000和0x80。并且编写与flash底层驱动对应的cdl文件，使配置工具能够正确配置编译f1ash驱动程序，参照at49驱动包的cdl，将cdl_package定义改为cygpkg_devs_flash_sst_39vf6401b。在命令体中给出配置参数。最后，在ecos.db中注册flash的底层驱动软件包，这样再次使用图形化配置工具，就可以在ecos配置选项选择sst39vf6401b型flash。
4．5修改初始化程序
在ecos启动时要运行初始化程序，以完成lpc2294的运行模式设定、时钟频率设定、串口波特率设定等操作，初始化程序在hal/arm/lpc2xxx/phycore229x_misc.c文件中，phycore229x_misc．c调用hal_platform_ints.h的宏定义完成系统中断定义，之后调用hal_platform_setup.h中的宏定义完成中断初始化，配置系统时钟，和内部存储器初始化等操作。修改phycore229x_misc.c中的有关函数，完成针对本系统平台的初始化。
4．6运行结果
在完成上述驱动的编写和文件的修改之后，重新使用configtools工具进行配置，使用build选项完成ecos操作系统的编译，产生内核库文件和链接脚本以及头文件，将生成的文件与应用程序一起编译、链接，生成最终的可执行映像文件。将可执行影像文件下载到flash中运行，经测试ecos支持多个线程的应用程序操作，且其串口、网口均能与pc机进行正常通信，说明ecos在lpc2294上的移植是成功的。
5 总结
嵌入式可配置操作系统ecos与其他嵌入式实时操作系统相比，有着更好的可配置性和可移植性，这使其在嵌入式系统的应用日益广泛。本文将ecos成功的应用在了以lpc2294为核心的硬件平台上，并编写了相应的flash驱动程序和应用程序，对于ecos在arm7fdmi系统中的应用提供一些借鉴和指导。
本文的创新点：实现了ecos在lpc2294上的移植和应用。在实际应用中ecos内核中断响应快，代码量小，稳定性好，为嵌入式实时操作系统的应用提供了参考。
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2 ecos体系结构介绍
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图1 ecos的层次结构
redboot是ecos提供的一个boot loader程序，redboot可以引导ecos系统，加载ecos应用程序，提供debug支持，对目标系统环境参数进行管理等。
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os抽象层中实现了tcp/ip网络协议、文件系统、标准库函数调用等，为嵌入式应用层软件和应用程序提供api接口函数。
ecos的分层结构，使整个软件结构清晰、有良好的可维护性和可移植性。
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图2硬件平台框图
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cd /opt/configtool -build; make f /opt/ecos/host/tools/configtool/standalone/wxwin/makefile.\ gnu install wxdir=/opt/wxgtk2.4.0 ecossrcdir=/opt/ecos/host installdir=/opt/ecos-\ tools
这样，就完成了ecos的配置工具安装，它位于/opt/ecos-tools/bin目录中，包括了图形配置工具configtools和命令行配置工具ecosconfig。
4．2 配置基本硬件平台
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a） 修改arm vector at 0x14选项的值，lpc2xxx系列处理器将ox14处的值作为有效用户代码判断条件，应该满足向量表所以数据32位累加和为0的要求；
b） 修改cpu xtal frequency选项的值，这是cpu晶振值，默认为10mhz，根据实际情况修改为11059200；
c） 修改cpu pll multiplier选项的值，内部pll倍频值默认为6，修改为4；
d） 修改ecos kernel选项的值，根据需要删减内核中不需要的选项；
e） 修改i/o sub-system选项的值，根据实际i/0设备的情况，配置i／0选项；
f） 修改其它配置选项，以适应目标系统平台。
这样就通过图形化配置工具，配置完成了ecos的大部分选项。然而，图形化配置工具并不能完成所有的ecos配置功能．因此还需要对内存分布文件、flash驱动文件进行修改。
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ldi文件，链接脚本文件，定义了lpc2294的内存域起始地址和长度和段地址，为程序链接时使用。
h文件，使用c宏定义描述lpc2294存储器起始地址和大小．指定程序运行时堆起始地址和大小。
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#define cygmem_reglon—flash（0x80000000）
#define cygmem_regl0n_flash_size（cyghwr_hal_arm_phycore229x_flash_size）
#define cygmem_reglon_flash_attr （cycmem_region_attr_r）
#define cygmem_secction_heap1 （cyg_label_name（_heap1））
#define cygmem_section_heap1_size（0x81000000+cyghwr_hal_arm_phycore229x_sram_size - （size_t） cyg_label_name （_heap 1））
这样，定义了片外rom的起始地址为0x80000000，大小为宏定义中flash的尺寸；定义了程序的堆起始地址为0x81000000，大小也在宏定义中规定。
4．4添加flash驱动
本文的硬件平台flash型号为sst39vf6401b，在ecos中并不支持此型号的flash，所以要为ecos添加flash的驱动程序。sst39vf6401b是8mb的16位nor型flash，块空间数为128，每个块大小为64kb。选择ecos已支持的与此flahh相近的型号at49系列进行修改．将flash_dev_info_t中的block_size和block_count值分别改为0x10000和0x80。并且编写与flash底层驱动对应的cdl文件，使配置工具能够正确配置编译f1ash驱动程序，参照at49驱动包的cdl，将cdl_package定义改为cygpkg_devs_flash_sst_39vf6401b。在命令体中给出配置参数。最后，在ecos.db中注册flash的底层驱动软件包，这样再次使用图形化配置工具，就可以在ecos配置选项选择sst39vf6401b型flash。
4．5修改初始化程序
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4．6运行结果
在完成上述驱动的编写和文件的修改之后，重新使用configtools工具进行配置，使用build选项完成ecos操作系统的编译，产生内核库文件和链接脚本以及头文件，将生成的文件与应用程序一起编译、链接，生成最终的可执行映像文件。将可执行影像文件下载到flash中运行，经测试ecos支持多个线程的应用程序操作，且其串口、网口均能与pc机进行正常通信，说明ecos在lpc2294上的移植是成功的。
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