實(shí)現(xiàn)一個(gè)最簡(jiǎn)單的嵌入式操作系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)一個(gè)最簡(jiǎn)單的嵌入式操作系統(tǒng)(一)

實(shí)現(xiàn)一個(gè)什么都不能做的嵌入式操作系統(tǒng)

1.首先確定CPU，在這里為了簡(jiǎn)單，就選用嵌入式的CPU，比如ARM系列，之所以用RISC（簡(jiǎn)單指令集）類型的CPU，其方便之處是沒(méi)有實(shí)模式與保護(hù)模式之分，采用線性的統(tǒng)一尋址，也就是不需要進(jìn)行段頁(yè)式內(nèi)存管理，還有就是芯片內(nèi)部集成了一些常用外設(shè)控制器，比如以太網(wǎng)卡，串口等等，不需要像在PC機(jī)的主板上那么多外設(shè)芯片
2.確定要實(shí)現(xiàn)的模塊和功能，為了簡(jiǎn)單，只實(shí)現(xiàn)多任務(wù)調(diào)度（但有限制，比如最多不超過(guò)10），實(shí)現(xiàn)中斷處理（不支持中斷優(yōu)先級(jí)），不進(jìn)行動(dòng)態(tài)SHELL交互，不實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模塊加載，不實(shí)現(xiàn)fork之類的動(dòng)態(tài)進(jìn)程派生和加載（也就是說(shuō)要想在你的操作系統(tǒng)上加入用戶程序，只能靜態(tài)編譯進(jìn)內(nèi)核中；不支持文件系統(tǒng)，不支持網(wǎng)絡(luò)，不支持PCI，USB，磁盤(pán)等外設(shè)（除了支持串口，呵呵，串口最簡(jiǎn)單嘛），不支持虛擬內(nèi)存管理（也就是說(shuō)多任務(wù)中的每個(gè)進(jìn)程都可以訪問(wèn)到任何地址，這樣做的話，一個(gè)程序
死了，那么這個(gè)操作系統(tǒng)也就玩完了）
3.確定要使用的編譯器，這里采用GCC，文件采用ELF格式，當(dāng)然，最終的文件就是BIN格式，GCC和LINUX有著緊密的聯(lián)系，自己的操作系統(tǒng)，需要C庫(kù)支持和系統(tǒng)調(diào)用支持，所以需要自己去裁剪C庫(kù)，自己去實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用
4.實(shí)現(xiàn)步驟：首先是CPU選型，交叉編譯環(huán)境的建立，然后就是寫(xiě)B(tài)OOTLOADER，寫(xiě)操作系統(tǒng)



實(shí)現(xiàn)一個(gè)最簡(jiǎn)單的嵌入式操作系統(tǒng)(二）　　
如何實(shí)現(xiàn)BOOTLOADER

1.之所以要實(shí)現(xiàn)一個(gè)專用的BOOTLOADER，一是為了更好的移植和自身的升級(jí)，二是為了方便操作系統(tǒng)的調(diào)試，當(dāng)然，你完全可以將這部分所要實(shí)現(xiàn)的與操作系統(tǒng)相關(guān)的功能集成到操作系統(tǒng)中去
2.確定一個(gè)簡(jiǎn)單的BOOTLOADER所要完成的功能：我們這里只需要完成兩個(gè)主要功能，一是將操作系統(tǒng)加載到內(nèi)存中去運(yùn)行，二是將自己和操作系統(tǒng)內(nèi)核固化到ROM存儲(chǔ)區(qū)（這里的ROM可以是很多設(shè)備，比如嵌入式芯片中的FLASH，PC機(jī)上的軟盤(pán)，U盤(pán)，硬盤(pán)等）

3.BOOTLOADER的編寫(xiě)：
第一步：要進(jìn)行相關(guān)硬件的初使化，比如在at91rm9200這塊嵌入式板子上（以后都使用這一款芯片，主要是我對(duì)這款芯片比較熟悉，嘿嘿），大概要做接下來(lái)的幾方面的工作，其一：將CPU模式切換進(jìn)系統(tǒng)模式，關(guān)閉系統(tǒng)中斷，關(guān)閉看門(mén)狗，根據(jù)具體情況進(jìn)行內(nèi)存區(qū)域映射，初始化內(nèi)存控制區(qū)，包括所使用的內(nèi)存條的相關(guān)參數(shù)，刷新頻率等，其二：設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行頻率，包括使用外部晶振，設(shè)置CPU頻率，設(shè)置總線頻率，設(shè)置外部設(shè)備所采用的頻率等。其三：設(shè)置系統(tǒng)中斷相關(guān)，包括定時(shí)器中斷，是否使用FIQ中斷，外部中斷等，還有就是中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置，這里只實(shí)現(xiàn)兩個(gè)優(yōu)先級(jí)，只有時(shí)鐘中斷高一級(jí)，其它都一樣，而中斷向量初始化時(shí)都將這些中斷向量指向0x18處，并關(guān)閉這里的所有中斷，如果板子還接有諸如FLASH設(shè)備的話，還需要設(shè)置諸如FLASH相關(guān)操制寄存器，其四：需要關(guān)閉CACHE，到此為止，芯片相關(guān)內(nèi)容就完成初始化了

第二步：中斷向量表，ARM的中斷與PC機(jī)芯片的中斷向量表有一點(diǎn)差異，嵌入式設(shè)備為了簡(jiǎn)單，當(dāng)發(fā)生中斷時(shí)，由CPU直接跳入由0x0開(kāi)始的一部分區(qū)域（ARM芯片自身決定了它中斷時(shí)就會(huì)跳入0x0開(kāi)始的一片區(qū)域內(nèi)，具體跳到哪個(gè)地址是由中斷的模式?jīng)Q定的，一般用到的就是復(fù)位中斷，F(xiàn)IQ，IRQ中斷，SWI中斷，指令異常中斷，數(shù)據(jù)異常中斷，預(yù)取指令異常中斷），而當(dāng)CPU進(jìn)入相應(yīng)的由0x0開(kāi)始的向量表中時(shí)，這就需要用戶自己編程接管中斷處理程序了，這就是需要用戶自己編寫(xiě)中斷向量表，中斷向量表里存放的就是一些跳轉(zhuǎn)指令，比如當(dāng)CPU發(fā)生一個(gè)IRQ中斷時(shí)，就會(huì)自動(dòng)跳入到0x18處，這里就是用戶自己編寫(xiě)的一個(gè)跳轉(zhuǎn)指令，假如用戶在此編寫(xiě)了一條跳轉(zhuǎn)到0x20010000處的指令，那么這個(gè)地址就是一個(gè)總的IRQ中斷處理入口，一個(gè)CPU可能有多個(gè)IRQ中斷，在這個(gè)總的入口處如何區(qū)分不同的中斷呢？就由用戶編程來(lái)決定了，具體實(shí)現(xiàn)請(qǐng)參見(jiàn)以后相關(guān)部分，中斷向量表的一般用一個(gè)vector.S文件，當(dāng)然，如何命名那是你自己的喜愛(ài)，但有一點(diǎn)需要聲明，那就是在鏈接時(shí)一定要將它定位在0x0處


第三步：設(shè)置堆棧，一般使用三個(gè)棧，一個(gè)是IRQ棧，一個(gè)是系統(tǒng)模式下的棧（系統(tǒng)模式下和用戶模式共享寄存器和內(nèi)存空間，這主要是為了簡(jiǎn)單），設(shè)置棧的目的主要是為了進(jìn)行函數(shù)調(diào)用和局部變量的存放，不可能全用匯編，也不可能不用局部變量


第四步：將自己以后的代碼段和數(shù)據(jù)段全部拷貝至內(nèi)存，并將BSS段清零


第五步：進(jìn)行串口的初始化（主要是為了與用戶交互，進(jìn)行與PC機(jī)的文件傳輸），F(xiàn)LASH的初始化這里在FLASH中存放BOOT和內(nèi)核），F(xiàn)LASH驅(qū)動(dòng)的編寫(xiě)（這里的驅(qū)動(dòng)有別于平常所說(shuō)的驅(qū)動(dòng)，由于FLASH不像SDRAM，只要設(shè)定了相關(guān)控制器之后就可以直接讀寫(xiě)指定地址的數(shù)據(jù)，對(duì)FLASH的寫(xiě)操作是一塊一塊數(shù)據(jù)進(jìn)行，而不是一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)地寫(xiě)，具體請(qǐng)查閱相關(guān)資料）
第六步：等待一定的秒數(shù)，來(lái)接收用戶進(jìn)行輸入，如果在指定的秒數(shù)內(nèi)用戶未輸入任何字符，那么
BOOT就開(kāi)始在FLASH中的指定位置（可以由自己指定，這么做主要是為了簡(jiǎn)單）讀取內(nèi)核的所有數(shù)據(jù)到內(nèi)存中（具體是內(nèi)存中的什么位置由自己指定，也可以采用LINUX之類的做法，就是在內(nèi)存的起始位置加上一個(gè)0x8000處），將跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的第一條代碼處）；如果用戶在指定的秒數(shù)內(nèi)鍵入了字符（這主要是為了方便開(kāi)發(fā)，如果開(kāi)發(fā)定型之后完全可以不要這段代碼），那么就在串口與用戶進(jìn)行交互，接受用戶在串口輸入的命令，比如用戶要求下載文件在FLASH中指定的位置等，具體內(nèi)容可參考U-BOOT之類的開(kāi)源項(xiàng)目到這里為止，BOOT部分已完成，這個(gè)BOOT非常簡(jiǎn)單，僅僅只是將PC機(jī)上傳下來(lái)的文件固化到FLASH中，然后再將FLASH中的操作系統(tǒng)內(nèi)核部分加載進(jìn)內(nèi)存中，并將CPU的控制權(quán)交給操作系統(tǒng)，下一頁(yè)開(kāi)始講解如何寫(xiě)一個(gè)最簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)，呵，到現(xiàn)在才開(kāi)始切入正題呢?。。。?br />

實(shí)現(xiàn)一個(gè)最簡(jiǎn)單的嵌入式操作系統(tǒng)(三）　　
如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)最簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)

這里為了簡(jiǎn)單，就不考慮可移植性開(kāi)求，不從BOOT部分來(lái)接收參數(shù)，也不對(duì)硬件進(jìn)行檢測(cè)，
也不需要進(jìn)行DATA段，代碼段的重定位。我只是讀了LINUX內(nèi)核相關(guān)部分，并未自己去實(shí)現(xiàn)
一個(gè)操作系統(tǒng)，所以我以下所說(shuō)的只是概念性的東西：


1.接管系統(tǒng)的中斷處理，由于BOOT部分的代碼決定了那個(gè)中斷向量表，從而決定了系統(tǒng)中斷
之后進(jìn)入的內(nèi)存位置，但BOOT并不知道操作系統(tǒng)的中斷處理函數(shù)位置所在啊，怎么辦呢？
有幾種方法，其一是：如果你的板子可以重映射地址，也就是可以將內(nèi)存條所在的位置
重映射成0x0開(kāi)始，那么在鏈接內(nèi)核的時(shí)候，就將操作系統(tǒng)自己的中斷向量表定位在0x0處
并且在BOOTLOADER引導(dǎo)結(jié)束時(shí)就完成映射操作，并讓CPU跳轉(zhuǎn)到0x0處執(zhí)行；如果沒(méi)有重映
射功能，我就不曉得怎么辦了，不過(guò)我想到一個(gè)折衷的辦法，就是在BOOTLOADER啟動(dòng)完成
時(shí)（也就是將CPU控制權(quán)交給操作系統(tǒng)內(nèi)核時(shí)），重新改寫(xiě)FLASH的0x0區(qū)域，就是將操作
系統(tǒng)的內(nèi)核的中斷向量表寫(xiě)入FLASH區(qū)的0x0處，比如，當(dāng)一個(gè)IRQ發(fā)生時(shí)，CPU決定了會(huì)
跳入0x18（假設(shè)這里FLASH占用地址總線0x0至0x0fffffff,內(nèi)存占用0x20000000至0x2fffffff）
，而B(niǎo)OOTLOADER在最后將0x18處的代碼修改成了0x20000000加上0x18的地址處的代碼，而這個(gè)
地址就是內(nèi)核的中斷向量表中的相關(guān)跳轉(zhuǎn)指令，就相當(dāng)于跳轉(zhuǎn)進(jìn)了內(nèi)核所關(guān)聯(lián)的IRQ處理函數(shù)
的地址上去執(zhí)行中斷處理函數(shù)了，而這樣的不好之處在于：當(dāng)系統(tǒng)重新上電之后，BOOT的
中斷向量表已經(jīng)被修改，除非BOOT本身不使用中斷，呵，在這樣簡(jiǎn)單的系統(tǒng)中，BOOT是不
需要中斷功能的

2.這里為了簡(jiǎn)單，所以沒(méi)有使用分頁(yè)內(nèi)存管理，就不需要建立頁(yè)表等操作，直接進(jìn)行操作
系統(tǒng)的堆棧設(shè)置，同BOOT一樣的設(shè)置過(guò)程一樣，接著就進(jìn)行BSS段清零操作，這里的BSS段
是指操作系統(tǒng)自身的BSS段，與BOOT的BSS段是同一個(gè)含義只是用在了不同的地方了，接著
就跳入了MAIN函數(shù)

3.為了最大可能的簡(jiǎn)單，采用靜態(tài)建立任務(wù)結(jié)構(gòu)數(shù)組，比如只建立十個(gè)任務(wù)，那么首先要
為這十個(gè)任務(wù)結(jié)構(gòu)分配段內(nèi)存，可以在堆上分配（這個(gè)分配的內(nèi)存直到操作系統(tǒng)結(jié)束才會(huì)
被釋放，當(dāng)然也可以指定一片操作系統(tǒng)的其它地方都用不到的內(nèi)存區(qū)域，不過(guò)這樣寫(xiě)的話
就有點(diǎn)外行的味道了，而符務(wù)結(jié)構(gòu)數(shù)組的指針卻是全局變量，存放在BSS段或者DATA段），
由于在上一步中已經(jīng)分配了一個(gè)系統(tǒng)堆棧，那么我們這十個(gè)任務(wù)就分享這總體的堆棧區(qū)域
這里的重點(diǎn)就是如果定義每個(gè)任務(wù)結(jié)構(gòu)數(shù)組里面的結(jié)構(gòu)，可以參照LINUX的相關(guān)部分設(shè)計(jì)

4.中斷處理：在第一步中已經(jīng)確定了CPU進(jìn)行相關(guān)的幾類型的中斷跳轉(zhuǎn)地址，而相同類型
的中斷卻只有一個(gè)入口地址，這里的中斷處理就會(huì)完成以幾個(gè)動(dòng)作：
其一：入棧操作，包括所有寄存器入棧，至于這個(gè)棧，就是在第二步中所設(shè)置的IRQ棧，
其二：屏掉所有中斷，呵，這里為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，所以在處理中斷時(shí)不允許再次發(fā)生中斷
其三：讀取中斷相關(guān)的寄存器，判別是發(fā)生了什么中斷，以至于跳進(jìn)相關(guān)的中斷處理函
數(shù)中去執(zhí)行（在這里只包括兩種中斷，一是時(shí)鐘中斷，另一個(gè)是SWI中斷，也就是所謂
的系統(tǒng)調(diào)用時(shí)需要用到的）
其四：等待中斷處理完成，然后就開(kāi)啟中斷并出棧，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，將CPU控制權(quán)交給被中斷
的代碼處
注意：
其一：在MIAN中必須首先確定整個(gè)系統(tǒng)有哪些需要處理的中斷，也就是有哪些中斷處理
函數(shù)，然后才編寫(xiě)這里的中斷處理函數(shù)
其二：本操作系統(tǒng)不處理虛擬內(nèi)存，其至連CPU異常都不處理（一切都為了簡(jiǎn)單），一旦
發(fā)生異常，系統(tǒng)就死機(jī)

5.對(duì)TIMER的實(shí)現(xiàn)，首先確定時(shí)間片，為了讓系統(tǒng)更穩(wěn)定，而且我們不需要實(shí)時(shí)功能，盡
可能讓時(shí)間片設(shè)置長(zhǎng)一點(diǎn)，比如我們讓一個(gè)任務(wù)運(yùn)行20個(gè)時(shí)鐘滴答數(shù)，然后應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)
頻率來(lái)確定每個(gè)系統(tǒng)滴答所占用的毫秒，這里使用5毫秒讓系統(tǒng)定時(shí)器中斷一次，那么就
需要寫(xiě)時(shí)鐘寄存器，具體參閱芯片資料，計(jì)算下來(lái)，一個(gè)任務(wù)最大可能連續(xù)運(yùn)行100毫秒
，注意：我們的操作系統(tǒng)不支持內(nèi)核搶占，同時(shí)只支持兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，就是只有時(shí)鐘
中斷的優(yōu)先級(jí)高一點(diǎn)，其它的優(yōu)先級(jí)都低一級(jí)，但是在中斷處理一節(jié)中卻屏掉了這個(gè)功能
因?yàn)橐贿M(jìn)入中斷處理，就禁止中斷，所以不管其它中斷優(yōu)先級(jí)有多高都沒(méi)有用的，這樣做
優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單了，但不好之處顯而易見(jiàn)，特別在相關(guān)中斷處理函數(shù)如果進(jìn)入了死循環(huán)，那么
整個(gè)系統(tǒng)就死了，而且時(shí)間片也變得不準(zhǔn)確了，反正都不用實(shí)時(shí)，也不需要實(shí)時(shí)鐘支持嘛
至于中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置請(qǐng)參閱芯片資料


6.進(jìn)程調(diào)度的實(shí)現(xiàn)，也就是do_timer函數(shù)（時(shí)鐘中斷處理函數(shù)），有一個(gè)全局變量指針，
指向的就是當(dāng)前任務(wù)結(jié)構(gòu)數(shù)組（或者鏈表），當(dāng)時(shí)鐘中斷時(shí)，就進(jìn)入此函數(shù)中，首先判斷
任務(wù)結(jié)構(gòu)體中的時(shí)間片是否用完，如未用完，就減一，然后退出中斷，讓CPU繼續(xù)運(yùn)行當(dāng)
前的任結(jié)構(gòu)，若用完了時(shí)間片，就重置時(shí)間片，并重新尋找任何結(jié)構(gòu)數(shù)組中的下一個(gè)等待
運(yùn)行的任務(wù)，若找到了，就切換至新的任務(wù)，至于如何切換，請(qǐng)見(jiàn)下一頁(yè)描述，如果未找
到就切換到IDLE任務(wù)（類似于LINUX，呵呵，所有的處理就是模仿LINUX，由于本人水平太
差，所就不能自創(chuàng)一招），注意：為了簡(jiǎn)單，所以沒(méi)有實(shí)現(xiàn)任務(wù)優(yōu)先級(jí)，也未實(shí)現(xiàn)任務(wù)
休眠等，也就是說(shuō)只要靜態(tài)地決定了有十個(gè)任務(wù)，這十個(gè)任務(wù)就按先后順序一個(gè)一個(gè)執(zhí)行
而且每個(gè)任務(wù)都不允許結(jié)束，就是說(shuō)在每個(gè)進(jìn)程中的最后一句代碼都必須用死循環(huán)，不然
的話系統(tǒng)就跑飛了），還有一點(diǎn)，進(jìn)程不支持信號(hào)，沒(méi)有休眠與喚醒操作，這個(gè)CPU就是
不停地在運(yùn)行，呵呵，反正CPU又不是人，所以不需要人權(quán)的哈?。?！這種調(diào)度是不是簡(jiǎn)
單得不能再簡(jiǎn)單了？？？？？?。。。?br />
7.串口不使用中斷，這就是最大可能的降低難度，串口使用論詢的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)（當(dāng)
然是阻塞的方式了哦，而且只有寫(xiě)，不允許讀，因?yàn)樽x的時(shí)候需要涉及到采用中斷方式，
因?yàn)檩喸兎绞接袀€(gè)不好的地方，那就是正在讀的時(shí)候，這里有可能當(dāng)前進(jìn)程的時(shí)間片用
完了，系統(tǒng)切換到另一個(gè)進(jìn)程，這里你在PC機(jī)的串口輸入的數(shù)據(jù)就丟棄了，唉，又是為
了簡(jiǎn)單嘛）

8，最后一步就是MIAN函數(shù)的最后一部分，將本進(jìn)程當(dāng)作IDLE進(jìn)程（相當(dāng)于修改任務(wù)結(jié)構(gòu)
數(shù)組中的數(shù)據(jù)），開(kāi)啟中斷，將當(dāng)前進(jìn)程加入一段死循環(huán)，以免它退出去。

9.編譯你的BOOTLOADER，KERNEL，并燒寫(xiě)至FLASH，反復(fù)調(diào)試

10.至此將你的at91rm9200（或者是其它相類似的芯片）的串口接上PC機(jī)，打開(kāi)超級(jí)終端，
打開(kāi)板子電源，說(shuō)不定你的操作系統(tǒng)就打印出了"hello,world"了?。。∫粋€(gè)最簡(jiǎn)單的操作
系統(tǒng)就出來(lái)了

下一頁(yè)是具體的功能模塊實(shí)現(xiàn)


實(shí)現(xiàn)一個(gè)最簡(jiǎn)單的嵌入式操作系統(tǒng)(四）　　
任務(wù)結(jié)構(gòu)數(shù)組（或鏈表）的實(shí)現(xiàn)

我們的任務(wù)結(jié)構(gòu)就采用鏈表形式吧，但其長(zhǎng)度是限定了的，頭指針是一個(gè)全局指針變量（
指針變量是一個(gè)無(wú)符號(hào)整型指針，其指針本身所在的地址是在BSS段，但其指向的內(nèi)容是分
配在堆上的一片內(nèi)存），分配內(nèi)核內(nèi)存的函數(shù)就用kmalloc吧，kmalloc函數(shù)需要自己編寫(xiě)
呵，為了簡(jiǎn)單，這個(gè)函數(shù)只接受一個(gè)參數(shù)，就是所需分配大小，這個(gè)函數(shù)做得很簡(jiǎn)單，首先
有一個(gè)全局針指，它在初始化時(shí)指向了整個(gè)堆的起始位置，并且固定大小，就是所謂的內(nèi)核
堆棧，在內(nèi)核堆棧之后就是用戶堆棧，由于總共有十個(gè)任務(wù)，當(dāng)然不包括內(nèi)核本身的任務(wù)，
所以整個(gè)堆棧就平均分成十一部分，注意：在所有任務(wù)初始化完成之后，還有一個(gè)步驟就是
將內(nèi)核這個(gè)任務(wù)移到用戶態(tài)，相當(dāng)于要將自己的任務(wù)結(jié)構(gòu)的堆棧指針修改一下就行了），
判斷大小是否超出了內(nèi)核堆的可分配范圍，還有一點(diǎn)，需要維護(hù)內(nèi)核堆和其它任務(wù)的堆，
需要進(jìn)行分塊，并且有一個(gè)全局的內(nèi)存使用標(biāo)識(shí)，就用數(shù)組吧，簡(jiǎn)單，0表示相應(yīng)的內(nèi)存
部分未占用，1就表示占用，對(duì)應(yīng)的kfree就相當(dāng)于把標(biāo)志置0），
對(duì)于內(nèi)存的維護(hù)，比較復(fù)雜，為了簡(jiǎn)單，就定為4K，并且不能進(jìn)行大于四K的內(nèi)存申請(qǐng)，因?yàn)?br />大于4K之后，由于沒(méi)有虛擬地址的概念，就不能實(shí)現(xiàn)堆上的連續(xù)分配地址，當(dāng)然在棧上分配
是可以大于4K的，棧是由編譯器和CPU所決定了的

任務(wù)結(jié)構(gòu)包括：
1.所剩的時(shí)間片
2.本任務(wù)所指向的代碼段內(nèi)存地址，這里也就是函數(shù)入口地址
3.本任務(wù)所指向的數(shù)據(jù)段地址，這里的數(shù)據(jù)段被包含進(jìn)了整個(gè)內(nèi)核中，所以并沒(méi)有用，作為保留
4.本任務(wù)的函數(shù)體是否存在，也就是否會(huì)被調(diào)度
5.本任務(wù)所使用的棧指針
6.本任務(wù)所使用的堆指針
7.本任務(wù)的標(biāo)識(shí)，用0代表是IDLE，1代表是其它進(jìn)程
8.所有寄存器的值
9.當(dāng)前PC值，初始化時(shí)被置成了函數(shù)入口地址

首先講解一下任務(wù)數(shù)組結(jié)構(gòu)的初始化：
將先定義一個(gè)全局指針，然后將此指針強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為一個(gè)任務(wù)結(jié)構(gòu)指針，并通過(guò)kmalloc函在內(nèi)核所
占用的堆（前而講過(guò)內(nèi)核的堆的起始就是整個(gè)堆的起始）上去分配十個(gè)任務(wù)結(jié)構(gòu)所占的內(nèi)存，這里
是絕不會(huì)超過(guò)4K的并且為這十個(gè)任務(wù)結(jié)構(gòu)賦值，將第一個(gè)任務(wù)置為IDLE，時(shí)間片為20，代碼段內(nèi)存地址為main函數(shù)的的地址，數(shù)據(jù)段地址忽略，函數(shù)體存在，可以被調(diào)度，棧指針指向的位置根據(jù)以下來(lái)計(jì)算：
假定每個(gè)給每個(gè)任務(wù)可使用的堆棧設(shè)定為64K，而整個(gè)堆的起始位置是0x20030000,那么第一個(gè)堆指針?biāo)赶虻木褪?x20030000,棧就是0x20030000+64K的位置，第二個(gè)以后就以此類推
注意：在初始化任務(wù)結(jié)構(gòu)之前，不允許系統(tǒng)使用堆，但可以使用棧，那么內(nèi)核任務(wù)棧部分就分成了
兩個(gè)，在未進(jìn)行調(diào)度之前，棧就是上一頁(yè)中第二步中所設(shè)的棧，那么上一頁(yè)設(shè)置堆棧的時(shí)候就得注
意必須將堆?？臻g設(shè)成十個(gè)64K再加上在本步驟使用以前的最大可能所需的?？臻g


再講解一下任務(wù)切換時(shí)所要做的事情：
進(jìn)入整個(gè)中斷處理入口時(shí)，會(huì)將所有寄存器推入IRQ棧之中，并把值拷貝到當(dāng)前任務(wù)結(jié)構(gòu)相應(yīng)的字段當(dāng)中，并取出被中斷的進(jìn)程的當(dāng)前PC值存入當(dāng)前任務(wù)結(jié)構(gòu)中的相應(yīng)字段中，接下就判別中斷類型，以進(jìn)入相應(yīng)的中斷處理函數(shù)，這里就會(huì)進(jìn)入do_timer函數(shù)中，以下就是進(jìn)入此函數(shù)之后的流程：
內(nèi)核中還有一個(gè)全局指針，就是當(dāng)前任務(wù)指針，它本身也是在系統(tǒng)BSS段中，它的定義如上一步中的那個(gè)全局指針一樣，當(dāng)由系統(tǒng)時(shí)鐘中斷之后，就取出這個(gè)全局指針，上一步初始化完成之后，還會(huì)把這個(gè)指針指向第一個(gè)任務(wù)結(jié)構(gòu)所在位置，也就是0x20030000處，那么就取出這個(gè)任務(wù)結(jié)構(gòu)中的時(shí)間片字段，判斷其是否為0，若為0,就進(jìn)行以下的操作：保存用戶態(tài)下的棧指針至當(dāng)前任務(wù)結(jié)構(gòu)，保存堆指針，并將搜索一下可以被調(diào)度的任務(wù)結(jié)構(gòu)，并將此任務(wù)結(jié)構(gòu)賦給當(dāng)前任務(wù)指針，置需要進(jìn)行任務(wù)切換標(biāo)識(shí)，此標(biāo)識(shí)同樣是一個(gè)全局變量，但它是被賦了初值，會(huì)放在整個(gè)系統(tǒng)的DATA段中，返回do_timer函數(shù)。若不為0，就進(jìn)行以下操作：
將時(shí)間片減一，返回do_timer函數(shù)接下來(lái)判斷任務(wù)切換標(biāo)識(shí)，若為0，則進(jìn)行以下操作：
不需要進(jìn)行任務(wù)切換，所有寄存器出棧（這里的棧指的是IRQ棧），重新開(kāi)啟中斷，切換到用戶模式，加載當(dāng)前任務(wù)結(jié)構(gòu)中的當(dāng)前PC值字段，以退出中斷處理程序若此標(biāo)識(shí)為1，則執(zhí)行以下操作：
就需要進(jìn)行任務(wù)切換，讓所有寄存器出棧（這里的棧指的是IRQ棧），將當(dāng)前任務(wù)結(jié)構(gòu)中的所有寄
存器的值恢復(fù)到相應(yīng)寄存器中，將用戶態(tài)下的棧指針恢復(fù)至當(dāng)前任務(wù)結(jié)構(gòu)棧指針，將堆指針恢復(fù)至
當(dāng)前任務(wù)結(jié)構(gòu)堆指針，并把需要進(jìn)行任務(wù)切換標(biāo)識(shí)恢復(fù)為0，重新開(kāi)啟中斷，切換到用戶模式，任務(wù)切換是通過(guò)加載PC值來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也就是通過(guò)加載當(dāng)前任務(wù)結(jié)構(gòu)中的當(dāng)前PC值字段，以退出中斷處理程序

系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)是完全可以不實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用的，因?yàn)闆](méi)有實(shí)現(xiàn)內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)的保護(hù)，完全可以不實(shí)現(xiàn)
自己的C庫(kù)，所有的函數(shù)都像kmalloc之類的實(shí)現(xiàn)一樣，在內(nèi)核中直接寫(xiě)函數(shù)原型，但為了以后
擴(kuò)展，還是說(shuō)一下系統(tǒng)調(diào)用，這里以malloc系統(tǒng)調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)

首先說(shuō)明還有一個(gè)堆指針（前面在kmalloc時(shí)有一個(gè)堆指針，不過(guò)那個(gè)堆指針是為內(nèi)核任務(wù)，中
斷處理所提供），這里這個(gè)堆指針是用于用戶態(tài)的，它在系統(tǒng)初始化完成之前會(huì)賦上初值，其初
值就是第一個(gè)任務(wù)結(jié)構(gòu)所使用的堆的起始位置，也就是在內(nèi)核所使用的堆加上64K的位置
函數(shù)庫(kù)中的malloc函數(shù)實(shí)現(xiàn)步驟如下：
1.首先檢測(cè)申請(qǐng)大小是否超出了4K，若超出4K，就返回錯(cuò)誤
2.進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用（這里用_syscall1，并只傳遞一個(gè)參數(shù)（所需分配大?。?br />系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)_syscall1的實(shí)現(xiàn)：
1.將寄存器壓入堆棧（這里的棧指向就是當(dāng)前任務(wù)的棧）
2.將系統(tǒng)調(diào)用號(hào)1放至R0，參數(shù)放入R1
3.發(fā)出SWI指令以產(chǎn)生SWI中斷（就是所說(shuō)的軟中斷，陷阱）
此時(shí)系統(tǒng)發(fā)生中斷，會(huì)進(jìn)入SWI中斷處理入口，下面說(shuō)一下SWI入口函數(shù)的實(shí)現(xiàn)
1.取出R0的值，判斷其值，進(jìn)入相應(yīng)的分支處理代碼段
2.在此進(jìn)入_malloc處理代碼段，取出R1的值，然后再得到前面所說(shuō)的當(dāng)前堆指針，并申請(qǐng)對(duì)應(yīng)數(shù)
據(jù)塊大小，置用于內(nèi)存占用標(biāo)識(shí)的相應(yīng)字段，將當(dāng)前堆指針?lè)湃隦0,移動(dòng)當(dāng)前堆指針，改變當(dāng)前任
務(wù)結(jié)構(gòu)的堆指針，切換到用戶態(tài)，返回SWI中斷系統(tǒng)調(diào)用_syscall1的返回處理：
為了簡(jiǎn)單，在從內(nèi)核態(tài)返回用戶態(tài)時(shí)，不再進(jìn)行任務(wù)的重新調(diào)度，所以上面的步驟就相對(duì)簡(jiǎn)單
1.當(dāng)從SWI中斷返回后，系統(tǒng)就運(yùn)行在了用戶態(tài)，此時(shí)取出R0的值，并賦值給需要申請(qǐng)內(nèi)存的指針
2.在用戶態(tài)彈出寄存器，返回到上一層函數(shù)
malloc函數(shù)的返回，此時(shí)malloc函數(shù)直接返回指針就行了，整個(gè)malloc的流程就結(jié)束了，其它的系
統(tǒng)調(diào)用同這個(gè)過(guò)程類似

到此為止，這個(gè)操作系統(tǒng)初步實(shí)現(xiàn)了，但好像什么事情都不能做，如果讓它支持串口中斷的話，或許可以做那么一點(diǎn)點(diǎn)事情，比如像單片機(jī)那樣的功能，整個(gè)系統(tǒng)的難點(diǎn)就是中斷處理和任務(wù)切換，在本例中，由于ARM不支持像0x86那樣的CPU級(jí)的保護(hù)模式，所以進(jìn)行任務(wù)切換的時(shí)候，就得自己通過(guò)加載PC值的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，呵，因?yàn)槲蚁氩坏礁玫霓k法，但這個(gè)辦法有一個(gè)不好解決的地方，就是寄存器入棧和出棧的保護(hù)，在進(jìn)入中斷時(shí)，必須保護(hù)寄存器，但如果需要進(jìn)行重新調(diào)度，就得從中斷上下文切換到進(jìn)程上下文中，如何從中斷上下文切換到進(jìn)程上下文呢？？我在這里所采用的方法很笨拙：
1.首先讓寄存器入棧
2.讓寄存器保存至當(dāng)前任務(wù)結(jié)構(gòu)數(shù)組，被中斷掉的進(jìn)程的PC值保存至任務(wù)結(jié)構(gòu)
3.處理timer中斷
4.如果進(jìn)行任務(wù)切換，尋找下一個(gè)可調(diào)度的進(jìn)程，然后把當(dāng)前任務(wù)結(jié)構(gòu)指下剛搜索到
的任務(wù)結(jié)構(gòu)，讓寄存器出棧，恢復(fù)當(dāng)前任務(wù)結(jié)構(gòu)里的值到寄存器，恢復(fù)堆棧指針，切換到用戶態(tài)，通過(guò)加載當(dāng)前任務(wù)結(jié)構(gòu)的PC值來(lái)恢復(fù)被掛起的進(jìn)程這里在中斷上下文中使用了任務(wù)結(jié)構(gòu)，這在LINUX上好像是不這樣用的，中斷上下文和進(jìn)程上下文是兩個(gè)不同的概念，中斷上下文中不能訪問(wèn)進(jìn)程上下文里的任務(wù)結(jié)構(gòu)，我實(shí)在想不出有什么辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程調(diào)度了，所以請(qǐng)看到我這則文章的人提出好一點(diǎn)的方法

linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）