在niosII上使用操作系统

1、 7.1. Cos简介简介7.2. Cos on Nios 7.3. Cos的结构的结构7.4. Cos的配置的配置7.5. LwIP7.6. LwIP on Nios7.7. LwIP的配置的配置7.8. LwIP的使用的使用 第七章（上）、第七章（上）、在在nios上运行上运行Cos基于软核技术的嵌入式系统设计与实践基于软核技术的嵌入式系统设计与实践 7.17.1. . Cos简介简介Cos是由是由Micrium公司开发的一款可移植、可公司开发的一款可移植、可固化、可裁剪、占先式多任务实时操作系统内固化、可裁剪、占先式多任务实时操作系统内核。核。 自自Cos发布以来，已经得到了发布以来，已

2、经得到了40多种结构处理多种结构处理器的支持和移植。器的支持和移植。Altera公司已经在公司已经在NiosII软核处理器上移植软核处理器上移植Cos ，并将，并将Cos整合到整合到Altera的的Nios Develop Kits 中。中。 第七章、第七章、在在nios上运行上运行uCosCos内核提供的服务包括：内核提供的服务包括： 任务管理任务管理 （Tasks）内存块管理（内存块管理（Memory Management）时间管理时间管理 （Time Management）消息邮箱和队列消息邮箱和队列 （Message Passing）信号量信号量 （Semaphores）事件标识事件标

3、识 （Event flags）7.1. uCos简介简介 7.27.2. Cos on Nios Altera公司已经在公司已经在NiosII软核处理器上移植软核处理器上移植Cos ，并将并将Cos整合到整合到Altera的的Nios Develop Kits 中。中。在在Altera的的Nios Development Kits中，提供了一中，提供了一组已经编译测试通过的组已经编译测试通过的Cos例程，供用户参考，例程，供用户参考，并可作为基本的并可作为基本的Cos程序框架使用。程序框架使用。Altera的的Cos on Nios移植以移植以Easy to use为目标，为目标，将将Cos的

4、开发整合到的开发整合到Nios IDE中，提供了图形界中，提供了图形界面来完成面来完成Cos的配置和开发，无需再手工修改的配置和开发，无需再手工修改OS_CFG.h文件。文件。 第七章、第七章、在在nios上运行上运行uCosNiosII软核相关的代码软核相关的代码 /components/altera_nios/UCOSIINiosII软核无关的代码软核无关的代码 /components/micrium_uc_osii在在Nios IDE中，中， Cos的使用方法类似的使用方法类似Nios处理处理器的外设驱动。在器的外设驱动。在IDE中，中，Project被指定支持被指定支持Cos组件，相应

5、的组件，相应的Cos头文件和元代码就会被头文件和元代码就会被包含到包含到Project的路径中，使的路径中，使Cos能够被编译并能够被编译并链接到链接到Project中。中。7.2. uCos on Nios 7.37.3. Cos的结构的结构Altera的的Cos本质上是本质上是Nios HAL的一个超集。的一个超集。是是Cos任务调度器和相关任务调度器和相关API函数在函数在HAL环境环境上的扩展。上的扩展。在在Cos Project中，所有的中，所有的Nios HAL API都可都可以同样使用。以同样使用。HAL APIUser ProgramC StandardLibraryMicro

6、C/OS-IIAPINios II Processor System HardwareDevice DriverDevice DriverDevice Driver 第七章、第七章、在在nios上运行上运行uCos 7.47.4. Cos的配置的配置a. 在在Nios IDE 中新建工程，并选择中新建工程，并选择Hello MicroC/OS-II为模板，新建的工程和对应的系为模板，新建的工程和对应的系统库对统库对MicroC/OS-II的相应配置都已经选择上。的相应配置都已经选择上。接着以此接着以此Hello MicroC/OS-II工程为基础开发工程为基础开发应用程序。应用程序。b. 新建

7、好工程和对应的系统库，在系统库上点新建好工程和对应的系统库，在系统库上点击右键选择击右键选择Properties进入属性设置界面，在属进入属性设置界面，在属性设置页面性设置页面RTOS选项选择选项选择MicroC/OS-II并通并通过过RTOS Options对对MicroC/OS-II的具体属性做的具体属性做进一步的选择。进一步的选择。 第七章、第七章、在在nios上运行上运行uCosAltera的的uCos本质上是本质上是Nios HAL的一个超集。的一个超集。是是uCos任务调度器和相关任务调度器和相关API函数在函数在HAL环境环境上的扩展。上的扩展。在在uCos Project中，所

8、有的中，所有的Nios HAL API都都可以同样使用。可以同样使用。7.4. uCos的配置的配置通过通过RTOS OptionsRTOS Options选项对选项对MicroC/OS-IIMicroC/OS-II的属性做进一步选择。的属性做进一步选择。7.4. uCos的配置的配置 7. 5. LwIPLwIP是一个轻量级的是一个轻量级的TCP/IP协议栈实现，其协议栈实现，其实现目的在于用最小的资源提供完整的实现目的在于用最小的资源提供完整的TCP/IP协议功能，协议功能，LwIP适合内存资源紧凑的嵌入式系适合内存资源紧凑的嵌入式系统，同样也适合于统，同样也适合于NiosII系统。系统。

9、LwIP提供了完成的提供了完成的TCP/IP协议功能，支持协议功能，支持IP，ICMP，UDP，TCP，DHCP，ARP。实现了标准的实现了标准的sockets API接口。接口。 第七章、第七章、在在nios上运行上运行uCos 7.67.6. LwIP on NiosAltera提供了提供了LwIP在在Nios上的移植，并将上的移植，并将LwIP整合到了整合到了Nios Development Kits中，在中，在Altera的的移植中，同样向上层开发者提供了标准的移植中，同样向上层开发者提供了标准的Sockets API接口。接口。实现了标准的实现了标准的sockets API接口。接口

10、。在在Altera的的Nios Development Kits中，提供了一中，提供了一组已经编译测试通过的组已经编译测试通过的LwIP例程，供用户参考，例程，供用户参考，并可作为基本的并可作为基本的LwIP程序框架使用。程序框架使用。 第七章、第七章、在在nios上运行上运行uCosAltera在在Nios上的上的LwIP移植基于移植基于uCos的的多任务环境，在多任务环境，在Nios IDE中开发中开发LwIP应应用程序需要工程首先配置为支持用程序需要工程首先配置为支持MicroC/OS-II。目前目前Nios上的上的LwIP支持的网络芯片为支持的网络芯片为SMSC的的LAN91C111。

11、在在Altera的的Nios Development Kits中，提中，提供了一组已经编译测试通过的供了一组已经编译测试通过的LwIP例程，例程，供用户参考，并可作为基本的供用户参考，并可作为基本的LwIP程序程序框架使用。框架使用。7.6. LwIP on Nios 7.77.7. LwIP的配置的配置a. 在在Nios IDE 中新建工程，并选择中新建工程，并选择Simple Socket Server为模板，新建的工程和对应为模板，新建的工程和对应的系统库对的系统库对MicroC/OS-II和和LwIP的相应配的相应配置都已经选择上。接着以此工程为基础开置都已经选择上。接着以此工程为基础

12、开发基于发基于LwIP的应用程序。的应用程序。b. 新建好工程和对应的系统库，在系统库新建好工程和对应的系统库，在系统库上点击右键选择上点击右键选择Properties进入属性设置界进入属性设置界面，在属性设置页面面，在属性设置页面RTOS选项选择选项选择MicroC/OS-II。 第七章、第七章、在在nios上运行上运行uCosAltera的的uCos本质上是本质上是Nios HAL的一个超集。的一个超集。是是uCos任务调度器和相关任务调度器和相关API函数在函数在HAL环境环境上的扩展。上的扩展。在在uCos Project中，所有的中，所有的Nios HAL API都都可以同样使用。可

13、以同样使用。7.7. LwIP的配置的配置通过通过Software Components页面对页面对LwIP的属性做进一步选择。的属性做进一步选择。7.7. LwIP的配置的配置 7.87.8. LwIP的使用的使用LwIP向上层提供了向上层提供了Standard Sockets接口，接口，在在Nios+MicroC/OSII+LwIP这个环境下这个环境下编写编写Socket程序和在程序和在Unix，Windows环境环境下调用下调用Socket接口编程是一样的，只是需接口编程是一样的，只是需要注意如下两点区别。要注意如下两点区别。 第三章、第三章、在在nios上运行上运行uClinux1.

14、在在MicroC/OS-II启动启动OSStart()函数进入多任务函数进入多任务状态之前，调用如下两个函数完成网络接口的状态之前，调用如下两个函数完成网络接口的初始化。初始化。lwip_stack_init( )lwip_devices_init( )2. 实现下列三个函数，以便实现下列三个函数，以便LwIP获得正确的信息获得正确的信息启动协议栈。启动协议栈。init_done_func( )get_mac_addr( )get_ip_addr( )7.8. LwIP的使用的使用void lwip_stack_init(int thread_prio, void (* init_done_f

15、unc)(void *), void *arg)thread_prio主主TCP/IP线程的优先级。线程的优先级。init_done_funclwip_stack_init函数执行完成函数执行完成后就转向执行这个指针指向的函数。后就转向执行这个指针指向的函数。arg传递给传递给init_done_func( )的参数指针，视的参数指针，视init_done_fnuc( )而定，通常置为而定，通常置为0。执行执行TCP/IP协议栈的初始化并转向协议栈的初始化并转向init_done_fnuc( )7.8. LwIP的使用的使用void init_done_func(void* arg) 调用调用

16、lwip_devices_init( )； 初始化网络设备；初始化网络设备； 调用调用get_mac_addr( )； 调用调用get_ip_address( )； 创建一个任务执行用户创建一个任务执行用户Socket程序。程序。用户实现用户实现get_mac_addr()和和get_ip_address();7.8. LwIP的使用的使用计算机与信息技术学院计算机与信息技术学院 7.9. Clinux发行包简介和安装发行包简介和安装7.10.内核的实现内核的实现7.11.文件系统的实现文件系统的实现7.12.运行运行Clinux7.13.用户应用程序实现用户应用程序实现7.14.定制定制Cl

17、ibc7.15.定制定制busybox 第七章第七章(下下)、在在nios上运行上运行Clinux基于软核技术的嵌入式系统设计与实践基于软核技术的嵌入式系统设计与实践 7.9. uClinux发行包简介发行包简介本课程中使用的是本课程中使用的是Microtronix公司负责维护和公司负责维护和发行的发行的Nios Clinux版本版本Microtronix Nios II Linux Distribution V1.4，这个版本中，这个版本中，Clinux是是2.6.11的内核，这也是目前在的内核，这也是目前在Nios上运行的最稳定的上运行的最稳定的Clinux内核版本。内核版本。Microt

18、ronix Nios II Linux Distribution V1.4发发行包可以在行包可以在和和上下载，如果要在产品中上下载，如果要在产品中使用使用Microtronix公司的公司的Linux，请详细阅读，请详细阅读上的授权细则。上的授权细则。 第七章、在第七章、在nios上运行上运行uClinux安装完成后启动安装完成后启动Nios IDE开发环境，选择菜单开发环境，选择菜单FileNewProject进入新建项目窗口。如果安装顺进入新建项目窗口。如果安装顺利，这个时候应该在窗口中看到出现了新的选项利，这个时候应该在窗口中看到出现了新的选项Microtronix Nios, 7.9.

19、uClinux 发行包简介发行包简介如果没有出现如果没有出现Microtronix Nios II选项，请选项，请关闭关闭Nios IDE，进入，进入Window 命令行窗。命令行窗。从命令行进入从命令行进入Nios IDE的安装目录的安装目录 （altera安装目录）安装目录）kitsnios2bineclipse,并并在命令行下以参数在命令行下以参数-clean模式启动模式启动Nios IDE，即键入命令，即键入命令 nios2-ide -clean 这时候，这时候，进入新建工程窗口，就能看到刚安装的进入新建工程窗口，就能看到刚安装的Microtronix选项。退出以后再次进入选项。退出以

20、后再次进入Nios IDE也不会再有找不到也不会再有找不到Microtronix选项的问选项的问题。题。 7.9. uClinux 发行包简介发行包简介在在Microtronix的发行包把的发行包把Nios上的上的uClinux实现分实现分成了三个部分，成了三个部分，Kernel，Filesystem，Application。利用利用Microtronix的发行包提供的三种选项，单独的发行包提供的三种选项，单独实现并完成这三个部分的配置和开发，并通过实现并完成这三个部分的配置和开发，并通过Altera的的Flash Programmer将三个部分写入到将三个部分写入到flash芯片中，从而实现

21、芯片中，从而实现Clinux操作系统在操作系统在Nios软软核上的自动启动运行。核上的自动启动运行。和在一个传统的嵌入式系统上开发和在一个传统的嵌入式系统上开发Clinux/Linux系统不同的是，在系统不同的是，在nios上实现上实现Clinux，不再需要，不再需要单独的引导装载程序。单独的引导装载程序。 7.9. uClinux 发行包简介发行包简介 7.10.内核的实现内核的实现在在Microtronix公司的公司的Clinux发行包中，发行包中，已经将已经将Clinux整合到了整合到了NiosII IDE中，中，因此，在因此，在Nios II上实现上实现Clinx，无需再单，无需再单独

22、安装独安装Cygwin或者或者Red Hat Linux这样的这样的开发环境，也无需再配置开发工具链。开发环境，也无需再配置开发工具链。内核，文件系统，应用程序的编译下载内核，文件系统，应用程序的编译下载都在都在Nios IDE和和Nios SDK Shell下完成。下完成。 第七章、在第七章、在nios上运行上运行uClinux1.新建一个新建一个Microtronix kernel Project。2.为内核工程命名并指定保存路径。为内核工程命名并指定保存路径。 7.10. 内核的实现内核的实现3.指定目标硬件的指定目标硬件的PTF文件。文件。4.指定写入和运行内核的存储器设备。指定写入和

23、运行内核的存储器设备。 7.10. 内核的实现内核的实现5.进入内核配置页面配置内核。进入内核配置页面配置内核。 7.10. 内核的实现内核的实现b. nios安装目录下的安装目录下的example文件夹中的文件夹中的nios系统都没有系统都没有CF卡接口，如果使用这些卡接口，如果使用这些nios系统运行系统运行Clinux，需要将，需要将ATA/ATAPI/MFM/RLL支持去掉。如果使用的是支持去掉。如果使用的是Microtronix公司网站上提供的带有公司网站上提供的带有CF卡接口的卡接口的nios系统，请系统，请按如下配置按如下配置CF卡接口的支持。卡接口的支持。a. Processe

24、r type and feature-Platform项选择项选择Altera Cyclone Development Board Support。 7.10. 内核的实现内核的实现c. Nios上已经实现了对多种网络接口的支持，在上已经实现了对多种网络接口的支持，在GEXIN 2C35核心板上，使用的是核心板上，使用的是LAN91C111网络芯片，按图中第网络芯片，按图中第一种情况配置。一种情况配置。 7.10. 内核的实现内核的实现d. 在在nios上的上的Clinux中，即可以使用传统的中，即可以使用传统的uart串行串行口作为口作为console，也可以使用，也可以使用Altera的的

25、JTAG UART方方式登陆式登陆uClinux，在本实验例程中，使用的是，在本实验例程中，使用的是JTAG UART作为作为console，按照第一种方式配置。，按照第一种方式配置。 7.10. 内核的实现内核的实现6. 编译得到内核的二进制文件，并写入编译得到内核的二进制文件，并写入flash芯片。芯片。 7.10. 内核的实现内核的实现 7.11.文件系统的实现文件系统的实现在在Microtronix公司的公司的uClinux发行包中，发行包中，已经集成了已经集成了Clinux中要用到的主要命令中要用到的主要命令和常用工具，用户需要做的主要工作是根和常用工具，用户需要做的主要工作是根据实

26、际的需要和据实际的需要和flash存储芯片的大小选择存储芯片的大小选择常用的命令和工具组合。常用的命令和工具组合。1. 新建一个新建一个Microtronix Filesystem Project。 第七章、在第七章、在nios上运行上运行uClinux2. 2. 为文件系统工程命名并指定保存路径。为文件系统工程命名并指定保存路径。3. 为文件系统选择目标硬件为文件系统选择目标硬件PTF文件，也就是刚才文件，也就是刚才为内核工程选定的同一个为内核工程选定的同一个PTF文件。同时指定写文件。同时指定写入文件系统的存储器设备。入文件系统的存储器设备。7.11. 文件系统的实现文件系统的实现4.选择

27、文件系统中需要安装的基本命令和选择文件系统中需要安装的基本命令和常用工具。常用工具。7.11. 文件系统的实现文件系统的实现5.完成文件系统的配置，编译完成文件系统的配置，编译Filesystem Project，并生成，并生成romfs.bin，即文件系统的，即文件系统的二进制文件，将二进制文件，将romfs.bin写入写入flash芯片。芯片。7.11. 文件系统的实现文件系统的实现 7.12.运行运行uClinuxClinux的内核和文件系统都写入的内核和文件系统都写入flash芯片之芯片之后，利用后，利用quartus programmer将对应的将对应的nios系统系统sof文件下载

28、到文件下载到fpga芯片中（或者写入到芯片中（或者写入到核心板核心板epcs/flash芯片中）。芯片中）。连接好连接好Jtag下载线。下载线。进入进入Nios SDK Shell，键入命令，键入命令nios2-terminal,即可通过即可通过jtag uart登陆登陆Clinux。以用户名以用户名nios 密码密码Clinux即可登陆。即可登陆。 第七章、在第七章、在nios上运行上运行uClinux7.12. 运行运行 uClinux 7.13.用户应用程序实现用户应用程序实现利用利用Microtronix的的Linux发行包开发发行包开发nios-Clinux上的用户应用程序包括两上的

29、用户应用程序包括两个部分，编写用户应用程序，编写个部分，编写用户应用程序，编写Makefile文件。文件。1. 新建一个新建一个Microtronix Application Project。 第七章、在第七章、在nios上运行上运行uClinux2. 2. 为这个工程命名并选择保存路径。为这个工程命名并选择保存路径。这时，这时，IDE就会新建一个用就会新建一个用户应用程序工程，和以往的户应用程序工程，和以往的工程不同的是，这个工程中工程不同的是，这个工程中的程序是在的程序是在Clinx操作系统操作系统提供的环境和库上运行，而提供的环境和库上运行，而不是在不是在Nios上。上。因此，不需因此，

30、不需要再指定硬件要再指定硬件PTF文件。文件。7.13. 用户应用程序的实现用户应用程序的实现3. 编写用户应用程序和编写用户应用程序和Makefile文件，或者导文件，或者导入已有的程序文件和入已有的程序文件和Makefile文件。文件。7.13. 用户应用程序的实现用户应用程序的实现4. 编译用户应用程序工程，得到用户应用程序编译用户应用程序工程，得到用户应用程序的二进制可执行文件。的二进制可执行文件。7.13. 用户应用程序的实现用户应用程序的实现5. 将用户应用程序上传到将用户应用程序上传到Clinux系统中并执行。系统中并执行。a.将生成的用户应用程序可执行二进制代码拷将生成的用户应

31、用程序可执行二进制代码拷贝到贝到Filesystem Project的文件系统文件夹中，的文件系统文件夹中，并重新编译写入并重新编译写入Filesystem Project到到flash芯片，芯片，重启重启Clinux后，用户应用程序即出现在文件系后，用户应用程序即出现在文件系统中。统中。 b.连接好连接好Nios核心板的网口，并配置好核心板的网口，并配置好uClinux的网络设置，通过的网络设置，通过FTP将用户应用程序传输到将用户应用程序传输到Clinux中。中。c.在在Clinux上上mount NFS，利用，利用NFS将用户可将用户可执行应用程序共享到执行应用程序共享到Clinux。7

32、.13. 用户应用程序的实现用户应用程序的实现a.将生成的用户应用程序可执行二进制文件拷贝进将生成的用户应用程序可执行二进制文件拷贝进filesystem并更新核心板上的文件系统。并更新核心板上的文件系统。7.13. 用户应用程序的实现用户应用程序的实现 b. 通过通过FTP将用户应用程序传输到将用户应用程序传输到Clinux中。中。 c. 在在Clinux上上mount NFS，利用，利用NFS将用户可将用户可执行应用程序共享到执行应用程序共享到Clinux。连接好核心板网线，通过连接好核心板网线，通过dhcpcd NRY & 命命令获得动态令获得动态IP，或者通过，或者通过ifco

33、nfig手动配置。手动配置。如果局域网中有如果局域网中有NFS服务器，也可用服务器，也可用mount t nfs _._._._: n o nolock,rsize=4096,wsize=4096 来实现来实现NFS文文件共享。其中件共享。其中_._._._是是NFS服务器的服务器的IP地址，地址，是是NFS共享目录的路径，共享目录的路径，是开发板上共享目录的安装路径。是开发板上共享目录的安装路径。 7.13. 7.13. 用户应用程序的实现用户应用程序的实现 7.14.定制定制uClibcMicrotronix的的Linux发行包提供了已经预先编译发行包提供了已经预先编译好的好的Clibc，

34、这个编译好的库基本能够满足绝大，这个编译好的库基本能够满足绝大多数应用程序的要求，但是也存在这种情况，用多数应用程序的要求，但是也存在这种情况，用户不得不为了某个特殊的功能而重新配置并编译户不得不为了某个特殊的功能而重新配置并编译这个库。这个库。1. 打开打开Nios II SDK Shell。2. 在命令提示符下，改变文件夹目录，进入在命令提示符下，改变文件夹目录，进入 linux 软件示例的文件夹中软件示例的文件夹中Clibc文件夹文件夹 cd $LINUX_NE_ROOT/uClibc3. 键入命令键入命令 make menuconfig 配置配置Clibc编译设置编译设置 第七章、在第

35、七章、在nios上运行上运行uClinuxTarget Architecture 设置为设置为nios2.Target Architecture Features and Options选项下选项下: 设置设置 Linux kernel source location 为为: $(KERNEL_PLUGIN)/linux-2.6.x 设置设置 Linux build location 为为: $(ECLIPSE_WORKSPACE)/build 其中其中 是是nios IDE中的中的kernel工程名工程名. Library Installation Options 选项下：选项下：修改修改

36、Clibc development environment directory 为为 $(LINUX_NE_ROOT)/ 从而产生一个新的从而产生一个新的Clibc版本。版本。7.14. 定制定制 uClibc4. make5. make install_dev以上的命令执行完成之后，新的以上的命令执行完成之后，新的uClibc即生即生成好，所有的头文件可以在成好，所有的头文件可以在$(LINUX_NE_ROOT)/include 文件夹下面找到，所有的库文件可以在文件夹下面找到，所有的库文件可以在$(LINUX_NE_ROOT)/lib 文件夹下面找到。文件夹下面找到。7.14. 定制定制

37、uClibc 7.15.定制定制BusyBoxbusybox是一个集成了一百多个最常用是一个集成了一百多个最常用Linux命令命令和工具的软件和工具的软件, 而且具有完整功能的而且具有完整功能的busybox也只也只有有1MB左右左右.和分离的和分离的Linux命令，工具相比，功命令，工具相比，功能相同，但是体积却成倍压缩，因此在嵌入式能相同，但是体积却成倍压缩，因此在嵌入式Linux应用中应用中,busybox越来越受欢迎。越来越受欢迎。在在Microtronix的的uClinux发行包发行包Filesystem部分，部分，既包括完整的既包括完整的Linux常用命令和工具，又包括常用命令和工

38、具，又包括busybox软件，在存储器资源有限或者为了节省软件，在存储器资源有限或者为了节省存储器资源，则可以用存储器资源，则可以用busybox来替代来替代Linux的常的常用命令和工具程序。用命令和工具程序。 下面的步骤主要介绍，在下面的步骤主要介绍，在NiosII上，利用上，利用Microtronix公司的公司的uClinux发行包，实现一个文发行包，实现一个文件系统，并且仅仅使用件系统，并且仅仅使用busybox程序，从而节约程序，从而节约大量的大量的flash存储空间。存储空间。 第七章、在第七章、在nios上运行上运行uClinux1. 针对目标硬件配置并编译一个针对目标硬件配置并编译一个Kernel Project。2. 针对目标硬件配置一个针对目标硬件配置一个Filesystem Project，并且，并且在在Filesystem组件配置的窗口中，仅选择组件配置的窗口中，仅选择“base”一项，也就是仅仅建立需要的文件夹结构，设备一项，也就是仅仅