上海交大ARM培训教材Nucleus介绍

1、内容提要 概述 Nucleus PLUS介绍 Nucleus开发环境Nucleus嵌入式实时多任务操作系统产品概况 美国ATI（Accelerated Technology Inc.）公司出品 提供完全源代码，无产品版税（Royalties Free） 模块化结构，可随意裁剪 支持几乎所有的嵌入式微处理器 开发应用非常方便：无BSP开发可移植性强 目前在源码RTOS市场占据第一位ATI公司简介 成长历程1990 发布Nucleus RTX for AMD29k1993 第一家商用 RTOS for ARM61997 -第一家商用 RTOS for PPC6011998 位列全球增长最快的500

2、家企业之中1999 - 2000 w Motorola 黄金搭档 1999, 2000w 软件, 位列500 强1999, 2000w 财富, 位列最快500强 1999, 2000w Nucleus EDE, 嵌入式产品10佳, 电子工业年报, 1999 Accelerated Technology, Inc.成立于 1990年平均增长率: 70% 加入著名的Mentor Graphics公司ATI公司简介 ATI的使命Provide embedded software developers the widest choice of affordable products with sour

3、ce code.+ 无产品版税无产品版税+ 强而大的公司强而大的公司+ 全方位的产品线全方位的产品线+ 低价格低价格+ 源代码源代码+ 强大的技术支持强大的技术支持Nucleus 产品线一览产品线一览系统内核（Kernel）文件系统图形软件包（Grafix）开发工具(Develop tools)TCP/IP协议包（Nucleus NET）Nucleus 产品线一览产品线一览 Kernels系统内核(Plus,C+,OSEK)FMMDrivers FloppySCSIIDEPCMCIAATAPCMCIAPlug&play*Drivers 1394/FIREWIRE*SerialPCI#U

4、SB*lRe_entrant DynamicDownload#MemoryMgt.Unit#Kernel Object Access(Nucleus Debug+)C Library(Nucleus CLIB)DriverRAMFileSystemVGALCDKeyboardTouch ScreenMouseBasicServicesDriversGUIGUINucleus 产品线一览产品线一览 Grafix图形软件包图形软件包(Nucleus GRAFIX)Email Client#Nucleus 产品线一览产品线一览 Nucleus Net Net DriversPCMICAEtherne

5、tPPPSLIPEmailPOP3 ClientSMTP(cli/serv)MIME#TCP/IPTCP/IP软件包软件包(Nucleus NET)(Nucleus span)RIP2OSPF#Spanning TreeJava(Nucleus JVi*)SNMPv2TFTP ClientHTTP Client#TFTP ServerFTP ClientFTP serverWeb ServerSNMPv3RMONv2SNMPv1TelnetRMONv1RMONv1 Lite#(Nucleus Webservl)Nucleus开发工具Green HillsDiab-SDSIARParadigmC

6、AD-ULLauterbachEPITaskingARMNucleusMNTEDEUDBMicrosoftDBG+OthersNucleus支持的部分CPUIntel: x86, StrongARM, i960Motorola: 680 x0, 683xx, 68HCxx, PowerPC, ColdFire,M-coreHitachi: H8/300H, H8S, SH1/2/3/4NEC: V8xxNS: CR16A/B, CR32AOther: C167, TriCore, CPP48k, M16C/80 ARM: ARM6/7/9, Atmel, Cirrus logic, Hyund

7、ai, Samsung, TI MIPS: Atlas, IDT, Lexra, LSI, NEC, NKK, QED, Toshiba DSP: AD, TI Nucleus的应用Nucleus导航手机路由GPSPDA医疗控制网络汽车电子智能卡通信设备机顶盒工业自动化 81电讯 234军事/航空 13医疗 42消费电子 92计算机/外设 57汽车 23互联网设备 57网络/数据通信 96实验室设备 42办公设备/自动零售业 7其他 308总数总数1052Nucleus主要嵌入式市场Design Wins January 1998 March 2000Nucleus PLUS提供的服务任务间同

8、步Nucleus Plus任务控制任务间通信存储器管理中断控制定时器/系统时钟I/O设备驱动操作系统在产品开发中的位置 Board Hardware BSP RTOS ApplicationNucleus操作系统的基本功能 任务调度 任务通信 内存管理 中断处理 其他功能设备驱动图形协议其他.系统启动和存储空间分配 Development Basics Start- crt0.s板级初始化- int.s 操作系统初始化 - inc.c应用程序初始化循环调度custom- 如中断向量表(.vectors).code -代码段 .data - 初始化数据段.bss - 未初始化数据段.code.d

9、ata(initialized ).vectors.bss(uninitialized)RTOS的基本概念什么是任务（Task）？A task is a semi-independent programsegment with a dedicated purpose任务是具有特定目的的半独立的程序段任务是Nucleus中最常用的应用程序处理线程任务的属性状态、优先级、时间片、堆栈、程序指针、寄存器什么是任务 优先级 当前的状态 堆栈指针 .任务的属性、信息都存放在任务控制块中（TCB）PriorityStateStack *任务的属性 状态Ready - 就绪，等待执行.Running - 正

10、在执行.Suspended - 挂起，等待特定的事件触发.Finished - 已完成处理.传统单任务的特点： 一个任务完成系统全部操作 单个执行线索(execute thread) 单个堆栈空间传统单任务执行 任务调度执行 A single task/* Main control of program */main() . do_something(); ./* A function to do something */void do_something() .stack多任务模式 任务调度执行 Task 3/* Main control of program */main() do_som

11、ething();/* A function to do something */void do_something()/* Main control of program */main() do_something();/* A function to do something */void do_something()/* Main control of program */main() do_something();/* A function to do something */void do_something()Task 2Task 1Stack 1Stack 2Stack 3 优先

12、级（priority) - 反应任务的重要性 时间片 (time_slice) - 任务一次所占用CPU 的最长时间. 抢占性(preemptive) - 除了被中断抢占外，任务可以无限期的占用CPU。调度控制程序任务调度执行 .最高优先级 (0)最低优先级(255).Task List (255)Task List (0)Task-10Task-20Task-30Task-1255Task-2255Task-3255调度控制程序任务调度执行 基于优先级排列的已创建任务链表 机器状态 -CPU当前状态(由CPU内部寄存器的值表征）w通用寄存器w程序计数器w状态寄存器w其他上下文切换任务调度执行

13、任务之间切换需要保存上下文CPURegister 1Register 2Register 3stackRegister 1Register 2Register 3Register 4Register 5Register 6Register 4Register 5Register 6Register 1Register 2Register 3Register 4Register 5Register 6Register 1Register 2Register 3Register 4Register 5Register 6 无条件挂起中断产生时挂起.保存所有的内部寄存器. 条件挂起由内核调用产生挂起

14、.只保存相关寄存器任务的挂起任务调度执行任务间通信任务间通信 - 在两个或多个任务间传递数据wMailboxes-邮箱 wQueues-队列wPipes-管道通信方式 定长（4个长字） 系统开销小 在两个或多个任务间一次传递一条消息Task YTask X1 MessageMailboxes任务间通信 容纳多条消息 定长或变长 用来传送多条消息 Queue消息长度以长字为单位，Pipe以字节为单位。Task YTask XQueues/Pipes任务间通信任务间同步 任务间同步 - 任务间同步控制wSemaphores-信号量（旗语）wEvents -事件wSignals -信号（软中断）同步

15、方式控制对共享资源的访问二元信号量(0,1)任务间同步Program Execution获取信号量共享资源释放信号量Event 2Event 1Event 0Task 1000事件处理Events任务间同步000000000000000000000000000000001 1 1111当一个任务试图得到事件标志位未置位的事件时，任务将挂起；置位后，任务恢复 由任务触发. 当Task1、Task2发出一个信号,Task P中信号处理程序将立即执行. 信号处理程序相当于一个超级任务.Signals任务间同步Task 2Task PTask 1EPEPsignal_handler 分区- 提供定长的

16、内存分配和释放存储器管理分区与动态 动态 - 提供变长的内存分配和释放T1T3T2100bytes100bytes100bytes100bytes100bytes100bytes100bytes100bytes100bytes100bytes100bytes100bytesT1T2T3200bytes50bytes100bytes200bytes50bytes100bytes 中断是来自设备的一个服务请求（异步）. 中断应该在尽可能短的时间内响应. 中断处理须有一些必要的上下文保护Device 1IX一个外部中断打断 一个任务，使自己得到响应interrupt_service_routine(

17、) handle_the_interrupt()中断服务程序开始启动ISRX中断处理中断的基本概念Nucleus软件方案 原型工具（Prototyping Tools） 嵌入式产品（Embedded Products） 开发工具（Development Tools）Nucleus MNTNucleus EDENucleus UDBNucleus MNT 利用Microsoft Developer Studio 在 Windows 95 / NT下 适用于所有产品的原型环境完全的原型环境Nucleus MNTPLUSfor MNTNETfor MNTGRAFIXfor MNTPLUSfor Ta

18、rgetNETfor TargetGRAFIXfor TargetNucleus MNT目的开发者可以使用Windows开发环境设计嵌入式应用程序使用两个不同的Nucleus库其一是针对Windows的（MNT）其二是针对Target的但应用程序是相同的Nucleus 库Nucleus EDE Nucleus嵌入式开发环境 集成已有的工具. 提高效率. 所有产品都可集成在 Nucleus EDE 工程中完全的开发环境Nucleus EDE 与现有工具一起工作. 将工程由原型转换成嵌入式应用. 生成目标环境可执行代码. 主要功能：工程管理浏览现有工具的管理和调用特点MotorolaARMMIPSSHX86ProcessorSupportDevelopmentToolSupportDiab/SDS ARM/UDB GNU/UDBGNU/HitachiUDBCAD-ULNucleus UDB 同一调试环境用于不同的目标平台. 基于Kernel的调试器内核目标资源显示任务相关断点多任务调试混合C/汇编窗口自动追踪完全的调试环境Nucleus UDBMNT, EDE和UDB 与 Nucleus MNT相同的Windows风格 原型用 Nucleus MNT 生成目标代码用 Nucleus EDE 调试目标代码用 N