rt-smart移植分析：从树莓派3b入手
- 1.说明
- 2.rt-smart移植整体思路
- 2.1 树莓派的启动问题
- 2.2 SDK编译问题
- 2.3 串口和中断
- 2.4 程序执行
- 3.树莓3b rt-smart编译体验
- 3.1 下载rt-smart sdk
- 3.2 存放树莓派3b的boot文件
- 4.实现细节分析
- 4.1 启动地址细节
- 4.2 外设地址空间管理
- 4.3 树莓派3b的中断
- 4.4 RT_USING_USERSPACE约束
- 5.总结
1.说明
移植rt-smart到最新的板子上具体需要注意哪些细节，哪些才是移植rt-smart的关键点？本文从树莓派3b上移植rt-smart的角度，从头分析rt-smart移植的关键细节。为了简化系统，这里只做了rt-smart的最小系统的移植，启用了rt-smart最基本的特性。
下面来描述一下移植的基本过程了思路，这种思路也可以借鉴移植到其他的类似的带有mmu的系统平台上，可以在不同的开发板上体验rt-smart的开发过程。
2.rt-smart移植整体思路
由于rt-smart是具有用户态和内核态的区别的，所以从内核系统层面来看，所有的操作系统的使用的内存地址都是在高地址位，也就是0xc0000000处。而应用程序是单独编译的，在低地址处执行。
为了移植和调试方便，我依次按照下面的步骤进行
(1)编译uboot，可以从tftp服务器上loader固件(rt-thread非rt-smart)到内存执行。
(2)将程序链接地址改为0x100000,并让uboot加载到该处，并正常执行。
(3)分离出bsp代码，放到rt-samrt SDK包中，可以用musl库gcc编译通过。
(4)串口可正常输出信息。
(5)中断可正常产生。
(6)调度可正常运转，rt-smart可正常执行起来。
2.1 树莓派的启动问题
其中前（1）、（2）都是为了准备调试和运行环境。这里就需要细致的说一下树莓派的启动问题。
树莓派启动首先是需要加载SD卡中的start.elf文件，该程序会读取同样位于sd卡中的config.txt文件，config.txt中记录了一些配置信息，比如是否设置hdmi，启动地址，启动文件名称等等。如果没有设置启动地址和启动文件，则默认会加载kernel8.img文件，该文件是aarch64编译的程序，启动地址0x80000，如果没有找到kernel8,img，则会去找kernel7.img文件，该程序是32位程序，启动地址为0x8000。
例如：
代码语言：javascript复制enable_uart=1
#rt-smart
#kernel=kernel7.img
#kernel_address=0x100000
#uboot
kernel=u-boot.bin
下面的示例就很好的描述了相关的启动设置。
为什么要将rt-smart的地址设置为0x100000？这是因为我想通过uboot的tftp启动rt-smart，方便调试，省去每次插拔sd卡的烦恼，当然，如果不怕麻烦，那直接在config.txt文件中设置kernel_address=0x100000效果也一样。
因为uboot的启动地址为0x8000，我预留了一些内存空间，所以将rt-samrt的启动地址设置为0x100000。
2.2 SDK编译问题
在第（3）步的过程中，需要重构rt-thread版本的架构，主要原因是需要适配rt-smart的编译方式，两者最大的区别在于换了musl库的gcc，同时集成了一些系统调用的接口。其他差别不大，具体rt-smart的编译方式可以参考下面的文章描述。
2.3 串口和中断
第（4）、第（5）步这里涉及到rt-smart一些很关键的部分，就是地址空间映射到内核态地址空间的问题，这里需要进行转换，将实际的物理地址转换成虚拟地址可以供内核程序使用，这里是在内核态写驱动程序需要注意的地方。
2.4 程序执行
这里已经开启了lwp，也就是可以加载单独编译应用程序，具体可以参考rt-smart的其他文档，编译成app，通过romfs加载到程序中编译，直接运行即可。
3.树莓3b rt-smart编译体验
在描述实现细节之前，首先描述一下如何编译树莓派3b。
3.1 下载rt-smart sdk
编译rt-smart最方便的是下载rt-smart sdk
由于在Windows环境下编译，所以下载下面两个文件。
代码语言：javascript复制xhttps://realthread.cowtransfer.com/s/1c2b64ba968748
下载sdk集成环境和交叉编译工具链。
下载完成后，将gcc解压到rt-smarttoolsgnu_gcc目录下。
然后进入rt-smartkernelbspraspberry-pi：
git clone https://gitee.com/bigmagic/raspi3_32.git
在rt-smart目录打开env,输入.smart-env.bat。
3.2 存放树莓派3b的boot文件
这里直接从下面的网址上下载固件存放在sd卡中
代码语言：javascript复制https://gitee.com/bigmagic/raspi_sd_fw/tree/master/raspi3/raspi3-32/uboot_boot_rtt
插上网线，设置tftp服务器，可以直接从服务器上获取代码然后执行，如果不具有网络条件，可以自行修改文件，让其直接从sd卡中boot。
4.实现细节分析
4.1 启动地址细节
看程序启动地址首先看链接地址
这里就有点疑惑了，启动的地址是0x100000，为什么链接地址是0xc0000000，那这样程序可以运行么。这是可行的，rt-smart前面有一段位置无关代码，会将地址进行重定位，让其变成符合内核态运行的地址。
这里配置物理地址和虚拟地址偏移量，0xc00000000 0x40100000在32位模式，得到实际的启动地址为0x100000,这里就是实际的启动地址。
如果更加细致的细节，可详见libcpu/start_gcc.S的启动代码的实现细节。
4.2 外设地址空间管理
系统启动起来了，接下来就要分析设备地址该如何处理了，根据rt-thread的启动流程，板级最底层的驱动初始化工作一般在具体的bsp的board.c文件下。从rt_hw_board_init开始分析。
前面的page初始化以及设备的初始化代码基本都一样，对于arm 32位平台基本不用修改。而具体的转换函数其实就是rt_hw_kernel_phys_to_virt，该程序会将实际的物理地址转换成内核态可以访问的虚拟地址空间。
只需要注意这一点，串口驱动就很好处理了，因为串口操作本质上也是访问一系列的寄存器。
4.3 树莓派3b的中断
树莓派3b的中断是属于bcm特定的中断控制器，一般目前arm上使用比较多的是gic，而树莓派4b也是gic，只需要将gic地址转换成内核态可以访问的地址空间即可。对于树莓派3b，中断直接出来的，所以需要排除gic处理。
这里不属于rt-smart的特性，移植其他的平台不需要过多的考虑，只是树莓派3b需要注意一下。具体的文件实现细节可以参考libcpuarmcortex-ainterrupt.c。
中断的分发和处理，除了gic的处理比较通用，将gic_dist_base与gic_cpu_base转换一下即可。树莓派3b上转换的是irq_base。
4.4 RT_USING_USERSPACE约束
查看rt-smart的代码，往往都会看到这个宏定义，其原因是预留适配切换开关，也就是如果不开启lwp情况下，预先可以用rt-thread去编译代码的。这样可以切换选择，对于用户空间和内核空间的区别其实本质上就是使用好mmu的一些特性，进行隔离和转换的过程。或许有一天，rt-smart与rt-thread可以无缝的结合到一起，只需进行menuconfig就可以选择了，我猜想大概就是目前rt-smart的代码在rt-thread的分支的原因吧。
5.总结
rt-smart从我角度上来看不见得那么复杂与神秘，就是使用好mmu的一些特性，掌握好内核空间与用户空间隔离的概念即可。程序的权限理清楚，各司其职，各行其事。操作系统本质上就是合理的管理硬件资源，同时给用户提供好的使用体验，其上层软件资源与生态的重要性不言而喻。
看树莓派3b上最基本的rt-smart的移植过程与注意细节点，其实和rt-thread的差别并不大，其实还有一些我没有提及，比如syscall、比如crt、比如musl库等等，这些通用的东西我没有单独的提出来，一是移植不需要关注这些，另外就是这些都是和linux的机制大同小异，懂得人自然懂，不懂这篇文章也说不清楚。
