小型多任務(wù)操作系統(tǒng)miniOS的實(shí)現(xiàn)

http://blog.csdn.net/mr_raptor/article/details/7338051

本實(shí)驗(yàn)源碼包含三部分：

miniOS源碼：miniOS_xxxx（開發(fā)板名）工程目錄下。

miniOS應(yīng)用程序跑馬燈：miniOS_app_led工程目錄下。

miniOS應(yīng)用程序打印程序：miniOS_app_print工程目錄下。

# miniOS源碼：http://download.csdn.net/detail/mr_raptor/4179593

# 程序下載：http://download.csdn.net/detail/mr_raptor/4382941

操作步驟：

（1）在ADS下編譯miniOS_xxxx工程，選擇Norflash啟動(dòng)，然后通過H-Jtag將minios_org.bin燒寫到Norflash中0地址處。

（2）編譯應(yīng)用程序miniOS_app_led和miniOS_app_print，選擇Norflash啟動(dòng)，通過H-Jtag將miniOS_app_print.bin燒寫到0x10000地址處，將miniOS_app_led.bin燒寫0x20000地址處。

（3）啟動(dòng)開發(fā)板，可以看到miniOS啟動(dòng)信息。miniOS最多同時(shí)支持62個(gè)進(jìn)程執(zhí)行（在2440開發(fā)板64M內(nèi)存上），miniOS啟動(dòng)完畢之后，默認(rèn)只有系統(tǒng)內(nèi)核進(jìn)程在執(zhí)行，可以通過按K1鍵，新創(chuàng)建進(jìn)程，最多創(chuàng)建62個(gè)，按K2鍵，隨機(jī)殺死一個(gè)進(jìn)程，按K6鍵可以啟動(dòng)跑馬燈進(jìn)程。

（4）如果讀者想寫一個(gè)程序，讓miniOS啟動(dòng)它，則根據(jù)編寫規(guī)則，編寫程序，如果需要系統(tǒng)調(diào)用，還要自己實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用接口。

分析miniOS代碼分為下面章節(jié)：

1. miniOS內(nèi)存分布

2. 重要頭文件說明

3. 啟動(dòng)代碼分析

4. MMU與內(nèi)存保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

5. 內(nèi)核定時(shí)器與中斷處理

6. CPU模式切換

7. 進(jìn)程調(diào)度與上下文切換技術(shù)

8. 軟件中斷與系統(tǒng)調(diào)用

9. 系統(tǒng)調(diào)試、優(yōu)化及可改進(jìn)地方

下面來看下第1節(jié)：

miniOS V2.0內(nèi)存分布圖：

Linux內(nèi)核中內(nèi)核地址空間分為：

• 直接內(nèi)存映射區(qū)（Direct Memory Region）即：低端物理內(nèi)存
• 動(dòng)態(tài)內(nèi)存映射區(qū)（VMalloc Region）即：高端物理內(nèi)存
• 其它映射區(qū)

miniOS里，虛擬地址空間分為兩大部分：

• 用戶程序空間：0x0 ~ 0x80000000
• 內(nèi)核管理空間：0x80000000 ~ 0xC0000000

>>用戶程序空間每個(gè)進(jìn)程使用其中的32M虛擬地址空間，其空間地址和其PID有如下關(guān)系：

PID * 32M = PID的進(jìn)程空間

其中，0~32M空間為0號進(jìn)程空間，其實(shí)是當(dāng)前正在運(yùn)行的地址空間。

之所以這么設(shè)計(jì)，是因?yàn)锳RM CPU在開啟了MMU之后，將低于32M的地址作為進(jìn)程內(nèi)空間，當(dāng)?shù)刂犯哂?2M時(shí)，MMU會(huì)將其進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，具體內(nèi)容，請參考：MMU與內(nèi)存管理章節(jié)。

每個(gè)進(jìn)程空間為32M，將來進(jìn)行進(jìn)程切換時(shí)，只需要按照上面定義的關(guān)系，線性偏移即可，減少進(jìn)程切換時(shí)的復(fù)雜度。

每個(gè)進(jìn)程的實(shí)際物理內(nèi)存空間為1M，也就是說每個(gè)進(jìn)程只有1M的物理地址空間，當(dāng)用戶程序超過1M時(shí)，程序不能運(yùn)行（當(dāng)然還沒有超過1M的程序），它們的映射關(guān)系如下所示：

0x30000000 ~ 0x34000000 ----> 0x0 ~ 0x80000000

>>內(nèi)核管理地址空間又可以細(xì)分為以下幾個(gè)部分：

• 物理內(nèi)存完全映射區(qū)：0x80000000 ~ 0x84000000
• 外設(shè)寄存器地址映射區(qū)：0x98000000 ~ 0xB0000000
• 啟動(dòng)ROM映射區(qū)：0xC0100000 ~ 0xC0000000

>>物理內(nèi)存完全映射區(qū)，主要用于管理進(jìn)程實(shí)際地址空間，它其實(shí)是0x30000000 ~ 0x80000000的一個(gè)線性偏移地址（0x50000000），當(dāng)我們需要在內(nèi)核空間里操作用戶空間時(shí)，使用該完整映射區(qū)，非常方便操作，比如：加載程序到進(jìn)程空間時(shí)，只需通過簡單的計(jì)算即可知道其虛擬地址。

例如：啟動(dòng)5號進(jìn)程時(shí)，其物理地址放在0x30000000開始的第5M空間里，那么其虛擬地址為0x30000000 + 5M + 0x50000000（偏移地址）。

>> 外設(shè)寄存器地址映射區(qū)，用來操作外設(shè)寄存器，當(dāng)使用到外設(shè)寄存器時(shí)，可以通過簡單的加減運(yùn)算可以得到其虛擬地址。

>> 啟動(dòng)ROM映射區(qū)，用來映射NOR FLASH。

物理內(nèi)存空間結(jié)構(gòu)：

由上圖可知，0號進(jìn)程物理空間里（0x30000000 ~ 0x30100000），其實(shí)除了存放os代碼外，還有其它的用途。

• 頁表放到了內(nèi)存地址0x30000000處
• OS代碼放到了0x300F0000，該地址是故意而為之

最開始的1MB物理內(nèi)存地址0x30000000~0x30100000為0號內(nèi)核進(jìn)程地址空間，其實(shí)就是OS代碼區(qū)和內(nèi)核棧區(qū)及頁表區(qū)。

由于OS代碼放到了物理內(nèi)存0x300F0000處，其被映射到虛擬地址0x800F0000處，所以ADS里設(shè)置的OS代碼的運(yùn)行地址為0x800F0000