SylixOS 启动浅析

1、SylixOS启动概述

        每个操作系统的启动都是多种多样，各有不同，SylixOS亦是如此，本文将浅析SylixOS启动层次和启动步骤两大方面。

 

2、SylixOS启动层次

        在专用的嵌入式开发板上运行嵌入式操作系统（如SylixOS、Linux等）已经变得越来越流行，通常从一个嵌入式操作系统的软件角度来看，引导加载程序和操作系统内核便是两个重要的层次，下面就简单介绍关于SylixOS这两大层次的关键点。

 

2.1 层次一：Boot过程

        一个裸机可执行程序的运行方法有两种：

        1、将程序代码入口放在处理器复位向量地址处，处理器上电可直接运行；

        2、使用bootloader将程序装载到指定的运行地址，再将cpu控制权交给需要运行的程序。

        SylixOS支持以上任意一种的启动方法，两种方法区别如表 2-1所示。

表2-1 SylixOS启动方法

方法

第一种

第二种

优点

启动速度快（系统上电后，操作系统立即就开始初始化并运行）；

灵活性强（bootloader可初始化基础性部件，根据配置以不同顺序启动系统）；

缺点

灵活性不够（系统稍有动，就需要重新固化代码）；

代码执行速度慢；

启动速度稍慢；

 

        SylixOS推荐使用第二种方法启动系统，虽然SylixOS经过裁剪后也可以作为bootloader，但是为了移植的通用性和兼容性，故推荐使用u-boot这一类标准的bootloader。

SylixOS自己作为bootloader：

        1、可以生成两个SylixOS可执行镜像，一个用来做bootloader使用第一种方法启动；

        2、从存储介质或通信煤质获取另一个SylixOS系统可执行代码镜像；

        3、把系统镜像拷贝到需要运行的地址处，将cpu控制权交给系统镜像，完成boot过程。

 

2.2 层次二：Image文件

        在RealEvo-IDE开发工具编译下，新建的bsp工程Debug目录下会生成一个.bin或.elf可执行镜像文件，故SylixOS系统本身就是一个执行镜像。

一个程序的执行镜像大致可以分为3个区域：text、data、bss，SylixOS编译链接后也分为这3个区域，如表 2-2所示。

表 2-2镜像划分区域

区域

段名

备注

text

文字池段

一般由代码、表格常量组成，运行时不可修改

data

数据段

需要初始化的全局变量，在C代码运行前需赋初值

bss

清零段

需要清零的全局数据区，在C代码运行前需清零

       

         在startup.s文件中会对.text区域进行编译链接。

         SylixOS可执行文件分为两类，纯程序运行代码和带有格式的镜像文件，这两类文件的代表分别是bin和elf。

         bin文件仅包含连续的数据，他可以是代码, 也可以是数据，一般在运行bin文件时：1、预先知道代码运行的入口地址；2、将bin文件拷贝或烧录到该地址以后的存储区。

elf文件与bin文件完全不同，elf 并不是单纯的无格式数据文件, elf 是一种较复杂的程序文件, 分为多种类型, 这里所说的是个执行文件.elf 文件内部包含有对程序运行信息的描述, 数据的存放, 调试信息等等。

   elf 内部程序代码一般不包含有对 .data 段初始化的代码, 所以切记, 仅仅拷贝 elf 内部的代码, 是不能正确运行程序的，lf 内部一般由多分段组成, 每个分段都有物理地址(装载域)和虚拟地址(运行域)。

当 .text 与 .data 连续时, 一般分段物理地址与虚拟地址相同, 所以只要根据文件信息将相关的数据拷贝入指定的内存即可。

当 .text 与 .data 不连续时, 有些段的物理地址与虚拟地址将不再相同, 这时注意, 需要将文件数据拷贝入物理地址(装载域)指定的内存中，程序启动时会自动将物理地址(装载域)内的相关数据, 拷贝入虚拟地址(运行域). 这样完成对某些段(例如:.data)的初始化.所以说.text 与 .data 连续的可执行文件, 是不能轻易重启的, 必须由 bootloader 从新装载完成重启(推荐).在生成 bootloader 时, (即使用一个 sylixos 启动另一个系统), 推荐不要开启 MMU 和 DCACHE, 因为如果启动镜像小, 建立 MMU 页表的时间反而远远超过装载镜像的时间。

   注：RealEvo-Simulator模拟器类似于解析器，故使用的都是.elf文件

 

3、SylixOS启动步骤

        SylixOS启动总体分为3个步骤：

        1、系统复位，程序从复位向量处开始运行，此时运行的为启动代码startup.s；

        2、初始化C程序运行环境，如堆栈、中断、总线等；

        3、进入bspinit函数做一些必要的处理，完成SylixOS初始化工作。 

3.1 步骤源码文件总结

        SylixOS启动主要有startup.s和bspinit.c两大源码文件。

        1、startup.s文件位于bsp工程/SylixOS/bsp目录下，主要负责初始化关键性运行环境，承担SylixOS启动的前两大步骤，如图 3-1所示。

图 3-1 startup.s的初始化

 

        2、bspInit.c文件同样位于bsp工程/SylixOS/bsp目录下，其bspinit函数为SylixOS启动最后一大步骤，函数为C函数跳转入口，在bspInit函数中主要分为几个部分：

• 启动内核，关键性运行环境数据搭建（API_KernelStart函数）；
• SylixOS将控制权转交usrStartup函数进行回调，用户初始化相关功能；
• 创建第一个任务（halBootThread函数），负责初始化所有系统资源，将SylixOS控制权转交给用户。

 

3.2 步骤部分函数总结

1. API_KernelStart函数为SylixOS启动内核函数 

        API_KernelStart函数原型：

        #include < k_kernel.h >

        VOID API_KernelPrimaryStart (PKERNEL_START_ROUTINE pfuncStartHook,

PVOIDpvKernelHeapMem,

size_tstKernelHeapSize,

PVOIDpvSystemHeapMem,

size_tstSystemHeapSize)

        API_KernelStart函数原型分析：

• 该函数为系统内核入口，只允许系统逻辑主核调用，一般cpu为0，当前为关中断状态
• 参数pfuncStartHook为系统启动中的用户回调
• 参数pvKernelHeapMem为内核堆内存首地址
• 参数stKernelHeapSize为内核堆大小
• 参数pvSystemHeapMem为系统堆内存首地址
• 参数stSystemHeapSize为系统堆大小

        usrStartup函数作为参数pfuncStartHook传入API_KernelStart函数，用来初始化应用相关组件，创建操作系统的第一个任务。

 

        2、halBootThread函数负责初始化所有系统资源，如图 3-2所示。

 

图 3-2 halBootThread函数的初始化

         halBootThread函数原型：

         static PVOID halBootThread (PVOID pvBootArg)

         halBootThread函数原型分析：

         halBootThread函数是usrStartup函数创建的t_boot线程下，用来多任务状态下的初始化启动任务函数。

4、参考资料