T-Kernel在Blackfin處理器上的移植分析

1 概述

在嵌入式RTOS（Real Time Operating System）領域，日本T-Engine組織推出的T-Kernel以其開源免費，小體積強實時性內核，統一的接口規范等特點顯出了優勢；ADI. Blackfin系列處理器在嵌入式控制和數字信號處理領域應用非常廣泛，同時結合了MCU（Micro Controller Unit）和DSP特點，非常適合于運行RTOS系統。

本文分析T-Kernel內核調度原理和Blackfin處理器內核結構，歸納了T-Kernel在Blackfin處理器BF533系統移植過程中的三個主要問題：中斷管理，任務切換和系統調用入口三個模塊的實現方法，并討論了系統穩定性和實時性的測試以保證系統的穩定性和實時性。

2 T-Kernel概述

2.1 T-Kernel的系統結構

圖1 T-Kernel的位置

T-Kernel的系統結構如圖1所示，各功能模塊是以子系統（subsystem）的形式存在的，如設備管理模塊。

T-Kernel的內核是系統默認的子系統，它為應用層提供系統服務（SVC）接口，同時管理著其他子系統。子系統為應用層提供擴展服務（Extended SVC）調用接口。系統中各子系統運行在相互獨立的地址空間中，保證了系統的模塊化，易于擴充和裁減。

2.2 T-Kernel的系統狀態和任務調度

T-Kernel規范[1]中對系統狀態做了明確的劃分和定義，移植相關的狀態有：（1）任務態 (Task Portion)，指系統運行在應用層最高優先級的就緒任務中；（2）任務無關態 (Task Independent Portion)，指系統的中斷和異常處理過程。任務無關態具有最高的執行優先權，可以中斷其它狀態的執行。

T-Kernel內核采用了基于優先級的可搶先調度策略，優先級相同的任務采用先進先出的時間片輪轉調度，允許任務動態更改優先級。

T-Kernel的任務調度和切換是分離的過程。內核中維護著按照優先級排列的就緒任務TCB（Task Control Block）指針鏈表隊列。全局指針ctxtsk指向當前運行任務的TCB。有更高優先級任務就緒時，全局指針schedtsk指向其TCB，此為任務調度過程；任務調度發生后，必須在條件滿足時，系統觸發軟中斷異常進行任務切換，將ctxtsk更新為schedtsk，程序轉入新任務運行。

3 Blackfin處理器概述

Blakcfin處理器內核包含雙算術處理單元的DSP引擎，執行RISK指令集，結合了優異的數字信號處理功能和完善的控制功能。.

Blackfin內核相關的寄存器除了堆棧和返回地址寄存器：SP（Stack Pointer），FP（Frame Pointer），RETS（Subroutine Return Address Register），RETI（Interrupt Return Address Register），通用數據寄存器R0~R7，通用地址寄存器P0~P7，還包含數字信號處理相關寄存器 L0~L3，LB0~LB1，LC0~LC1，LT0~LT1，ASTAT，A0~A1,I0~I3, B0~B3,M0~M3. 在任務切換和中斷前后處理中，需要進行寄存器保存恢復及相應的設置[2]。

Blackfin處理器內核支持15個優先級的中斷。ILAT寄存器顯示當前觸發的中斷；IMASK寄存器控制各優先級中斷的使能和禁止；IPEND寄存器顯示當前執行的中斷，其第4位IPEND[4]是全局中斷的使能和禁止位。T-Kernel運行在第15級(最低)中斷處理程序中，這樣系統運行于Supervisor Mode，可以獲得對處理器操作的最大權限[2]。

T-Kernel系統運行在ADSP-BF533 EZ-KIT LITE開發板，開發環境是ADI VisualDSP++4.5 Environment.