--- title: RT-Thread categories: embedded, arm, rtos, rt-thread, beaglebone, am335x toc: no ... 協作者 --- * 2015 年春季 - [周曠宇](https://github.com/luckyjoou), [吳子晨](https://github.com/Eddy0402), [Adrian Huang](https://github.com/AdrianHuang), [吳念祖](https://github.com/nienzu), [吳義路](https://github.com/jackraken), [江冠霆](https://github.com/CKT-tw) 共筆 ---- * 2015 年春季 - [Hackpad](https://rt-thread.hackpad.com/RT-Thread-on-Beaglebone-Black-i93C7gRxZuW) 目錄 --- * [AM335x ARM Cortex-A8 Boot Sequence](#AM335x ARM Cortex-A8 Boot Sequence) * [VMM (Virtual Machine Module) and vbus ](#VMM (Virtual Machine Module) and vbus) - [Introduction to VMM ](#Introduction to VMM) - [Running VMM on QEMU (target machine: realview-pb-a8) ](#Running VMM on QEMU (target machine: realview-pb-a8)) - [Running VMM on BeagleBone Black ](#Running VMM on BeagleBone Black) - [Introduction to vbus ](#Introduction to vbus) * [記憶體管理](#記憶體管理) - [MMU Configuration in RT-Thread](#MMU Configuration in RT-Thread) - [Memory Pool (mempool.c)](#Memory Pool (mempool.c)) - [Heap](#Heap) - [Slab Allocator](#Slab Allocator) * [Device File Systestem](#Device File Systestem) - [RTT的應用層介面實作](#RTT的應用層介面實作) - [DFS框架的組成內容](#DFS框架的組成內容) - [RTT文件系統初始化過程](#RTT文件系統初始化過程) AM335x ARM Cortex-A8 Boot Sequence -------------------------------------------- 圖1 為AM335x開機流程，其包含ROM Code、MLO、U-Boot與OS Image，底下將說明ROM Code、MLO與U-Boot。 ![](https://lh3.googleusercontent.com/-6t7H14Lj3Bc/VT3n0BPjOaI/AAAAAAAAH9M/woI49MW-TC4/w1099-h752-no/am335x-boot-sequence.png) 圖1 High-level Overview to AM335x Boot Sequence ROM Code主要有幾項任務: - Stack Setup - Watchdog timer 1 configuration (set to three minutes) - System clock configuration - Search bootable devices (must be the FAT 12/16/32 partition) for a valid booting image (the image name must be MLO) - Load the content of the file "MLO" from a bootable device to internal RAM (the 128KB on-chip memory) - Execute the file "MLO" stored in internal RAM 圖2為ROM Code架構，由"Public ROM Code drivers"可知ROM code支援如下裝置: - MMCSD (MultiMediaCard SD) - NAND - XIP (eXecute In Place) - SPI - USB UART - EMAC (Ethernet Media Access Control) 也就是說，系統一上電，ROM Code會掃描上述裝置，以便找到Bootable device。由於ROM Code只支援FAT檔案系統格式，所以Bootable device一定要是FAT檔案系統 (FAT12/16/32檔案系統都可以)。 注意: 該架構的On-chip boot ROM大小為176 KB。 ![](https://lh5.googleusercontent.com/-ClS3EZ2u0Hk/VT33Y8THfxI/AAAAAAAAH9w/t9gFp9N6ajM/w1011-h631-no/ROM-code-architecture.png) 圖2 ROM Code Architecuture (page 4096 in AM335x TRM) 圖3為ROM Memory Map: - ROM Exception Vectors (0x20000-0x2001F): 該區段定義Exception Handler的位址。譬如: 0x20000存放Reset Handler的位址，也就是板子一上電，第一個執行的地方，課程第七周有詳盡的說明，可參考此文件。詳盡的ROM Exception Vectors如表1所示。 ![](https://lh5.googleusercontent.com/-ClS3EZ2u0Hk/VT33Y8THfxI/AAAAAAAAH9w/t9gFp9N6ajM/w1011-h631-no/ROM-code-architecture.png) 表1 ROM Exception Vectors (page 4099 in AM335x TRM) - Public ROM Code CRC (0x20020): 由0x20000-0x2BFFF計算得出的四個位元組CRC值。 - Dead loops (0x20080-0x200FF): 該區段定義預設的exception handlers，其預設handlers都是執行while(1)迴圈，程式設計者可以定義相同名字的exception handler，如此便能覆蓋 (override)對應之預設exception handlers。可參考[mini-arm-os](https://github.com/jserv/mini-arm-os/blob/master/05-TimerInterrupt/startup.c#L63)與[freertos](https://github.com/embedded2015/freertos-basic/blob/master/freertos/libraries/CMSIS/CM3/DeviceSupport/ST/STM32F10x/startup/gcc_ride7/startup_stm32f10x_md.s#L124)程式碼，以便了解其設計概念。 - Code (started from 0x20100): ROM程式碼 - ROM Version (0x2BFFC-0x2BFFF): ROM Code Version ![](https://lh3.googleusercontent.com/-xhXu1yv0eik/VT33Y0MPSDI/AAAAAAAAH9k/S7dXDW7UrGI/w306-h329-no/ROM-memory-map.png) 圖3 ROM Memory Map (page 4098 in AM335x TRM) VMM (Virtual Machine Module) and vbus -------------------------------------------- Introduction to VMM -------------------------------------------- VMM模組可同時運行Linux與RT-Thread，如圖五所示。VMM以半虛擬化方式 (para-virtualization)運行另一個OS。 ![](https://lh4.googleusercontent.com/-49-7jFwVpZM/VUgwLRtPPqI/AAAAAAAAIBs/w0K4npFRaJg/w939-h634-no/rt-thread-vmm.png) 圖五、VMM/vbus Framework 三個元件需要用來實現同時運行RT-Thread與Linux，如下所述: 1. Linux VMM Kernel Patches: RT-Thread開發者發佈[兩個Kernel Patches ](https://github.com/AdrianHuang/rt-thread-for-vmm/tree/master/components/vmm/linux_patch-v3.8)支援多個作業系統同時運行。 2. Linux VMM Kernel Module (rtvmm.ko): 此模組用來載入RT-Thread Binary File。 3. RT-Thread Binary File (rtthread.bin): RT-Thread作業系統二進制檔。 Running VMM on QEMU (target machine: realview-pb-a8) ---------------------------------------------------- [編譯與執行] [rt-thread-vmm-builder](https://github.com/AdrianHuang/rt-thread-vmm-builder)自動地將Linux VMM Kernel Patches、Linux VMM Kernel Module與RT-Thread Binary File編譯，並產生kernel image (zImage)與root file system。參考底下步驟 (同時可參考[rt-thread-vmm-builder](https://github.com/AdrianHuang/rt-thread-vmm-builder) 建構環境及相關Toolchain): ``` git clone https://github.com/AdrianHuang/rt-thread-vmm-builder.git cd rt-thread-vmm-builder make make qemu ``` 執行'make qemu'後， 會啟動qemu模擬器，Linux console與RT-Thread console切換鍵如下: - Linux Console -> Ctrl+Alt+F3 - RT-Thread Console -> Ctrl+Alt+F4 [執行畫面] ![](https://lh6.googleusercontent.com/-rhNG5HsX5bk/VX_IJMNczbI/AAAAAAAAIKU/hM1CFIP0cKM/w790-h569-no/linux-1.png) 圖六、執行'make qemu'並按Ctrl+Alt+F3進入Linux Console ![](https://lh5.googleusercontent.com/-zM0eIcnkK-U/VX_IJD9ZevI/AAAAAAAAIKM/b_CZuAyN_1o/w1011-h307-no/linux-insmod-rtvmm-driver.png) 圖七、載入rtvmm.ko模組 ![](https://lh3.googleusercontent.com/-NZlzQBrzD1g/VX_IJOegylI/AAAAAAAAIKQ/cE8BBcgPrPY/w1013-h314-no/rt-thread.png) 圖八、Ctrl+Alt+F4進入RT-Thread Console Running VMM on BeagleBone Black -------------------------------------------- 參考[Building BBB Kernel - Downloading and building the Linux Kernel ](http://elinux.org/Building_BBB_Kernel#Downloading_and_building_the_Linux_Kernel)，嘗試將Linux VMM Kernel Patches加進該kernel (v3.8.13)。然而，遇到底下幾個問題: **編譯錯誤**: 執行`make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- uImage dtbs`命令後，出現底下編譯錯誤: ``` $ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- uImage dtbs ... ... CC arch/arm/vmm/am33xx/virq.o LD arch/arm/vmm/built-in.o CC arch/arm/kernel/elf.o AS arch/arm/kernel/entry-armv.o arch/arm/kernel/entry-armv.S: Assembler messages: arch/arm/kernel/entry-armv.S:257: Error: Thumb load/store multiple does not support {reglist}^ -- `ldmia sp,{r0-pc}^` make[1]: *** [arch/arm/kernel/entry-armv.o] Error 1 make: *** [arch/arm/kernel] Error 2 ``` 其中{reglist}^的"^"，代表該指令執行於ARM state，詳情參考[ARM官網 ](http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.dui0204j/Cihcadda.html)。底下兩個方法避免此編譯錯誤: [編譯錯誤解決方法 - 加入ARM()巨集] ```C #if defined(CONFIG_CPU_V6) ldr r0, [sp] strex r1, r2, [sp] @ clear the exclusive monitor ldmib sp, {r1 - pc}^ @ load r1 - pc, cpsr #elif defined(CONFIG_CPU_32v6K) clrex @ clear the exclusive monitor ARM( ldmia sp, {r0 - pc}^ ) @ load r0 - pc, cpsr 原始程式碼沒加ARM巨集，加入該巨集可以避免編譯錯誤 #else ldmia sp, {r0 - pc}^ @ load r0 - pc, cpsr #endif ``` 編譯成功後，開進Linux kernel (uImage)，發現OS會一直停在**Uncompressing Linux... done, booting the kernel.**，如下圖所示: ![](https://lh3.googleusercontent.com/-38rtH8m72j8/VZDcAG1y_pI/AAAAAAAAILI/qpbgNeQwoIo/s884/vmm-hang.jpg) 追蹤核心原始碼[arch/arm/include/asm/unified.h ](http://lxr.free-electrons.com/source/arch/arm/include/asm/unified.h#L44)，發現開啟CONFIG_THUMB2_KERNEL選項，ARM()巨集是空巨集，導致核心卡住。故關閉CONFIG_THUMB2_KERNEL (注意: ARM()巨集不用加到arch/arm/kernel/entry-armv.S)。 [編譯錯誤解決方法 - 關閉CONFIG_THUMB2_KERNEL選項] 關閉CONFIG_THUMB2_KERNEL選項，編譯能成功且可以順利開進核心。然而，載入rtvmm.ko模組會發生錯誤，如下圖所示: ![](https://lh3.googleusercontent.com/-khpnrNqw25M/VZDnyc2x_4I/AAAAAAAAILk/QhfHHGuS-Mo/s615/vmm-no-thumb2-kernel-option.png) 成功開進VMM支援的核心 ![](https://lh3.googleusercontent.com/-vCmD1QGqsrM/VZDnynjpefI/AAAAAAAAILs/IeOaCy3Nl_U/s800/vmm-no-thumb2-kernel-option-insmod-rtvmm-failed.png) 載入rtvmm.ko出錯畫面 追縱RT-thread程式後，發現沒有支援BeagleBone Black的VMM功能 (詳見: [libcpu/arm/am335x ](https://github.com/RT-Thread/rt-thread/tree/master/libcpu/arm/am335x)。目前正在參考[Realview Cortex A8 VMM的支援 ](https://github.com/RT-Thread/rt-thread/tree/master/libcpu/arm/realview-a8-vmm)，以便在BeagleBone Black支援VMM。 Introduction to vbus -------------------------------------------- VMM Bus (vbus)用來讓RT-Thread與Linux相互通訊，且可以讓OS之間的功能共享，如圖九所示。 ![](https://lh4.googleusercontent.com/-hc_Dy-0dQQ0/VUhFIzyYXPI/AAAAAAAAICE/HxlX6OUO544/w1044-h719-no/vbus-new.png) 圖九、VMM Bus OS之間的功能共享 - Finsh 圖十把finsh shell指向一個pipe設備，透過該設備把資料寫到ring buffer，並產生一個中斷用以通知另一個OS。另一個OS接收到該中斷後，便從ring buffer中，把資料讀取出來。 ![](https://lh6.googleusercontent.com/-sh_c_z-Vqws/VUhHxfi2GuI/AAAAAAAAICc/Sntr8oZV8wI/w1087-h459-no/vbus-finsh-all.png) 圖十、Finsh/rsh共享 * Two threads: - Thread: "vbusout" (Priority: _BUS_OUT_THRD_PRIO = 8) - Thread: "vbusin" (Priority: _BUS_OUT_THRD_PRIO+1) * [Source Code] - components/vbus/ - components/drivers/src/pipe.c - components/drivers/src/ringbuffer.c * 支援硬體 - [LPC4357] Cortex-M0 & Cortex-M4 - bsp/lpc43xx/M0/applications/vbus_drv.c - bsp/lpc43xx/M4/applications/vbus_drv.c * RTMux - 支援硬體 - [Realview] Cortex-A8 - [Beagle Board Black] AM33x-based Processor (Cortex-A8) 記憶體管理 -------------------------------------------- MMU Configuration in RT-Thread -------------------------------------------- MRC/MCR Instruction MMU設定跟Coprocessor 15有關，下圖為Coprocessor 15暫存器配置圖 。 ![](https://lh5.googleusercontent.com/-XhcpJ1M19PI/VVC07E249nI/AAAAAAAAIEM/o41r7sl8cwQ/w1083-h564-no/cp15-overview.png) 圖四 VMSA: Virtual Memory System Architecture MRC: Move to ARM register from coprocessor - MRC coproc, opcode1, Rd, CRn, CRm{, opcode2}, where Rd is ARM source register MCR: Move to coprocessor from ARM registers - MCR coproc, opcode1, Rd, CRn, CRm{, opcode2}, where Rd is ARM source register MMU Initialization in RT-Thread Disable Data Cache mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 /* Read System Control Register */ ![](https://lh3.googleusercontent.com/-Rz5eQdg4EcM/VVC5t2eTCjI/AAAAAAAAIEY/9YMC3tQf6yw/w1160-h566-no/cp15-c1.png) RT-Thread 的記憶體管理分成幾個部份： - 固定大小/數量 memory pool (mempool.c) **rtconfig.h 設定及程式介面** 固定區塊 memory pool： - 啟用 RT\_USING\_MEMPOOL，記憶體需要事先手動分配 rt\_mempool。 動態： - 啟用 RT\_USING\_HEAP，可選擇 memheap(RT\_USING\_MEMHEAP + RT\_USING\_MEMHEAP\_AS\_HEAP) ***或*** slab( RT\_USING\_SLAB )，包含 rt\_malloc, rt\_page\_alloc 等介面。 另外 memheap 可以獨立使用，不要打開 RT\_USING\_MEMHEAP\_AS\_HEAP 即可。 Memory Pool (mempool.c) ----------------------- RT-Thread 中的 Memory Pool 的記憶體來源可以是原有的全域變數，也可以是動態 分配來的空間(heap/slab)。 Memory pool 提供的是一個固定 block 大小及數量的記憶體空間管理，只能取得 固定的 buffer 大小。裏面目前空閒的 block 以 linked list 型態串接，稱為 **free list**\ 。 因為大小是固定大小，因此只要還有記憶體，分配的時間便是一個常數，若沒有空間， 則依據要求記憶體的參數決定要讓該 task suspend 或是直接回傳分配失敗。 **API** 初始化 (& 動態分配 memory pool 空間)： - rt\_mp\_init(); // 把現有的記憶體空間建成 rt\_mempool - rt\_mp\_create() // 使用 heap 做出新的 rt\_mempool。 解構 / 解構加釋放： - rt\_mp\_detach() // 僅解構 - rt\_mp\_free() // 從 heap 來的物件需要再做釋放。 使用 memory pool 分配固定大小的記憶體： - rt\_mp\_alloc() - rt\_mp\_free() 若 block\_free\_count 不為 0，則將 block\_list 指向 list 中下一個並回傳，而 block 中的前 4 個 byte 則當作指標指回 mp\_pool，以便在需要歸還時能夠找到對應的 rt\_mempool。 第二個參數是等待時間，若沒有可用的記憶體會讓 task 進入 suspend 狀態，直到時間到或是有可用記憶體為止。 - 一個全新的 rt\_mempool 示意圖，其中左邊的 block 可以是靜態記憶體(rt\_mp\_init)、或是從 heap 中拿取(rt\_mp\_create)， ![](https://hackpad-attachments.s3.amazonaws.com/rt-thread.hackpad.com_PpK8VwT14da_p.378129_1433766635817_Reg1-6.png) - 假設經過幾次 allocate / free 後，中間兩個 block 目前被程式使用中。 - 因為還有空閒物件，thread\_objects 為空。 ![](https://hackpad-attachments.s3.amazonaws.com/rt-thread.hackpad.com_PpK8VwT14da_p.378129_1433766694494_Reg1-6.png) **對 Real-time 能力的影響** allocate / deallocate 的過程中會關閉 interrupt，因此有可能會造成 jitter，另外當記憶體不足時會使得 task 被暫停。 Heap ---- 較簡單的記憶體管理器，使用 free list 串接可用記憶體，並以 first fit 策略尋找，為了減輕碎片化的問題，加上了最小區塊的限制。 ```C #define RT\_MEMHEAP\_MINIALLOC 12 ``` Slab Allocator -------------- slab 的其中一個作法是藉由減少物件的 construct 成本以增進效率，而又因為 slab 常用在經常進行 allocate 和 free 的物件，因此也有cache 上的優勢。 **介面** 假設原本產生新的動態物件的流程如下: ```C obj = allocate(sizeOfObject); construct(obj); ``` 使用完畢後的清理: ```C destruct(obj); deallocate(obj); ``` Slab Allocator 的作法則是這樣: ```C if(there's an object in cache){ take(); // already constructed }else{ allocate(); construct(); } ``` 至於清理則是： ```C return to cache; // not destructed ``` 另外在記憶體不足時可以選擇將 cache 內的物件 destruct 之後釋放 **全域 vs. 特定物件** Object caching 的機制可以套用到個別物件的 allocater，也可以針對所有種類的 物件， paper 中提到實作全域配置器的好處： 1. 因為記憶體統一管理，可以釋放部份物件空間給予其他物件使用 2. 單層的配置器資料結構較多層配置器簡單，較容易除錯 3. 避免多種相同功能的程式增加 code size **資料結構** 一個 "slab" 是一個 page 大小，在這裡指的是 4k：(在 RT-Thread 中則是 slab\_zone) ![](https://hackpad-attachments.s3.amazonaws.com/rt-thread.hackpad.com_PpK8VwT14da_p.378129_1434029743241_Reg1-6.png) 其中若 buf 處於 free 的狀態，其最後面一個 word 的空間用來放置指標指向 free- list 的下個物件(稱為bufctl)，若 buf 裏面存的是一個 constructed object，則 allocator 會多分配一個 word，避免破壞物件狀態。 若是較大的物件(比方說大於一個page)則不能直接使用上面的資料結構，因為沒辦法從 buffer 算出所屬的 slab 的位址，且空間效率降低(slab 中容易保留很大的空間但又 不足以放下另一個物件)，因此在較大的物件要使用不同的資料結構，另外分配記憶體 ，由物件本身管理 slab, bufctl，並且加上一個 hash table 來做 buffer-to-bufctl 的轉換。 每個不同的物件擁有一個 cache，包含一些由雙向 linked list 串起來的 slabs， 全部都被使用的 slab 在首，部份使用在中間，全空在最後(最多一個)。 **Allocate / Free 操作** Free 的時候因為是 page aligned，因此可以算出 slab 的位址，將要 free 的物件 接回 slab 中的 buf free-list 即可。 由於 slabs free-list 有經過排序，當一個 slab 全空時會放回最後，當要再次進行 allocate 時避免從全空的 slab 中取用記憶體，當沒有新的 page 時有機會可以歸還 回系統，並增加使用中記憶體密集度，使 cache hit rate 提升。 當系統記憶體不足需要回收 page 時，allocator 在釋放時會檢查最近被使用的時間， 避免將常用記憶體歸還造成 thrashing 問題(類似於磁碟不停 swapping 的效應)。 **Slab allocator 在 Cache Utilization 上的優勢** 這裡提到一個「Buffer Address Distribution」的概念，要調整效能首先要先知道 處理器 cache 的架構及大小等資訊。 am3358(Cortex-A8): - L1 Cache(I-cache/D-cache, VIPT) - 4-way set associative - 16 word line - 128 bit interface(16 byte) - 32KB - 64 Byte line length Q: What does line length mean? - [ ](http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.ddi0198e/Cheeecjc.html)_\ http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.ddi0198e/Cheeecjc.html ![](https://hackpad-attachments.s3.amazonaws.com/rt-thread.hackpad.com_PpK8VwT14da_p.378129_1433737577888_Reg1-6.png) |image0| .. raw:: html
  • **硬體上關注的點** .. raw:: html
    • - cache 不同的架構：direct mapping(1-way)、n-way/fully associative - Set associative 意味著同一個位址的資料在 cache 中有幾個位置可以選擇，接近 fully-associate 的 cache 就沒必要進行 coloring。 - 每個 word line 的大小，決定 coloring 的作法。 .. raw:: html
  • **軟體上關注的點** .. raw:: html
    • - 物件的記憶體起點(是否對應到 bus 起點) - 物件內部的 hot data 分佈 - allocate / free 物件的 pattern .. raw:: html
  • **作法** .. raw:: html
    • 1. 在 slab 中並不使用 2 的冪次方作為 buffer 邊界 在於\ ***非*** fully-associative 的 cache 架構上佔優勢： 若一個常用物件總是對齊某個 2 的冪次方邊界，因為在 cache 中位置衝突，會 使得 cache 經常被換出而降低效能，避開對齊使得每個 buffer 比較不會搶同一條 cache line。 2. Slab Coloring: 在一個 slab 開頭的邊界加上 offset(color) 目的是使不同的 slab 起點的物件不會佔用同樣的 cache line。 **RT-Thread 的實作** 在 RT-Thread 省去了 slab 的物件建構及解構過程，只使用他的 memory pool 實作。 *初始化* 首先是 page 的分配，在系統起始時將 heap 範圍中的 page 串入 rt\_page\_list (透過 rt\_page\_free)。 *Zone size / Zone limit 計算* ``` #define ZALLOC\_ZONE\_LIMIT (16 \* 1024) #define ZALLOC\_MIN\_ZONE\_SIZE (32 \* 1024) #define ZALLOC\_MAX\_ZONE\_SIZE (128 \* 1024) #define RT\_MM\_PAGE\_SIZE 4096 // include/rtdef.h ``` MIN < zone\_size < MAX or limsize / 1k zoom\_limit = min( zone\_size / 4 , ZONE\_LIMIT *struct memusage* - rt\_uint32\_t type:2 - rt\_uint32\_t size:30 *處理記憶體要求* 分成兩種 case： - 大於等於 zone\_limit：使用 rt\_page\_alloc 直接取得整塊記憶體。 - 小於 zone\_limit： - request size -> buffer size \| buffer index(\ ``zoneindex``\ 回傳值) ``` < 128 -> 補到 8 byte 倍數 | 0 ~ 15 (size/8 - 1) < 256 -> 補到 16 byte 倍數 | 16 ~ 23 (size/8 - 1 + 8) <- 128 / 16 = 8 < 512 -> 補到 32 byte 倍數 | 24 ~ 31 < 1024 -> 補到 64 byte 倍數 | 32 ~ 39 < 2048 -> 補到 128 byte 倍數 | 40 ~ 47 < 4096 -> 補到 256 byte 倍數 | 48 ~ 55 < 8192 -> 補到 512 byte 倍數 | 56 ~ 63 < 16384 -> 補到 1024 byte 倍數 | 64 ~ 72 ``` ![](https://hackpad-attachments.s3.amazonaws.com/rt-thread.hackpad.com_PpK8VwT14da_p.378129_1434740946804_slab.png) **總結** RT-Thread 中的實作目前看起來跟 mempool 高度相似，並沒有實作 paper 中的 coloring (也許是參數不足？)，以及 hot cache 的 queue，跟 mempool 不同的地方在於預先為各種大小分配好的 zones(slabs)，自動 allocate 新的 page 等機制。 在程式碼註解中提到這個 slab allocator 的實作是 per-cpu，不使用 mutex/semaphore，而是透過 critical section(資料需要保護的時間很短)。 另外他提到了不同 cpu 間的 free 要透過 asynchronous IPIs(inter-processors interrupts) 進行，不過程式碼中並沒有看到相關實作，註解中也提到 cpu 間的 Balancing(for what?) 也還沒實作，或是移植時被去除了。 **Hook** RT-Thread 在記憶體 alloc / free 結束時，會呼叫使用者指定的 callback，使用： rt\_malloc\_sethook(func); rt\_free\_sethook(func); 參考影片 -------- [ ](https://www.youtube.com/watch?v=h0VMLXavx30)_\ https://www.youtube.com/watch?v=h0VMLXavx30 解說了 slob, slab, slub 三種 "slab" 的歷史與實作。 影片中 "Slab" 代表三種意思：Allocator 類別、Allocator 類別中的一種、一個被管理的 page(或是大型物件)。 裏面提到了 slab 的一些特性： - 預先消耗的記憶體 - 紀錄 hot memory - 物件為基礎 - 需要定時掃描 - 比較不適用於多核心環境(每個核心要管理自己的 cache) 部份特性在 RT-Thread 沒有實作。 .. |image![](https://hackpad-attachments.s3.amazonaws.com/rt-thread.hackpad.com_PpK8VwT14da_p.378129_1433737812001_Reg1-6.png) Device File System ------------------ RTT的應用層介面實作 ------------------ 提供API給應用層開發者使用，源碼在.\components\dfs\src\dfs_posix.c, 提供的API包括： chdir、close 、closedir、fstat、getcwd、lseek、mkdir、open、opendir、read、readdir、rename、rewinddir、rmdir、seekdir、stat、statfs、telldir、unlink、write dfs_posix.c會調用dfs.c,dfs_fs,c,dfs_file.c中的一些函數： ![](/rt-thread_dfs.png) DFS框架的組成內容 ------------------ * filesystem_operation_table：每一個table表示一個FS對應的一套操作函數及相關屬性，不管是什麼FS其操作函數的形式是一致的 ```C /* File system operations struct */ struct dfs_filesystem_operation { char *name; //FS的名稱 rt_uint32_t flags; //操作標識 /* mount and unmount file system */ int (*mount) (struct dfs_filesystem *fs, unsigned long rwflag, const void *data); //掛載 int (*unmount) (struct dfs_filesystem *fs); //取消掛載 /* make a file system */ int (*mkfs) (rt_device_t devid); //創建一個FS文件 int (*statfs) (struct dfs_filesystem *fs, struct statfs *buf); //獲得FS當前狀態信息 int (*open) (struct dfs_fd *fd); //打開 int (*close) (struct dfs_fd *fd); //關閉文件 int (*ioctl) (struct dfs_fd *fd, int cmd, void *args); //文件控制 int (*read) (struct dfs_fd *fd, void *buf, rt_size_t count); //讀文件 int (*write) (struct dfs_fd *fd, const void *buf, rt_size_t count); //寫文件写 int (*flush) (struct dfs_fd *fd); //將文件內容保存到設備上 int (*lseek) (struct dfs_fd *fd, rt_off_t offset); //文件內容定位 int (*getdents) (struct dfs_fd *fd, struct dirent *dirp, rt_uint32_t count); //獲取目錄條目 int (*unlink) (struct dfs_filesystem *fs, const char *pathname); //從FS中移出一個目錄 int (*stat) (struct dfs_filesystem *fs, const char *filename, struct stat *buf); //獲得文件狀態信息 int (*rename) (struct dfs_filesystem *fs, const char *oldpath, const char *newpath); //文件重命名 }; ``` * filesystem_table：此table記錄已掛載的FS，每一個table表示掛載的的一个FS ```C /* Mounted file system */ struct dfs_filesystem { rt_device_t dev_id; //此FS對應的ID char *path; //此FS的掛載點 const struct dfs_filesystem_operation *ops; //此FS對應的操作介面集，指向filesystem_operation_table對應的表项 void *data; //FS的數據 }; fd_table：記錄目前打開的文件集合，每一個table表示一個打開的文件句柄 /* file descriptor */ #define DFS_FD_MAGIC 0xfdfd struct dfs_fd { rt_uint16_t magic; //文件描述魔術 rt_uint16_t type; //文件類型 char *path; //相對於掛載點的路徑 int ref_count; //目前被關聯的次數 struct dfs_filesystem *fs; //對應的FS rt_uint32_t flags; //標識 rt_size_t size; //文件大小 rt_off_t pos; //當前文件位置 void *data; }; ``` DFS框架的組成內容 ------------------ * DFS架構初始化(最頂層) ```C void dfs_init(void) { //清空filesystem_operation_table、filesystem_table、fd_table rt_memset((void *)filesystem_operation_table, 0, sizeof(filesystem_operation_table)); rt_memset(filesystem_table, 0, sizeof(filesystem_table)); rt_memset(fd_table, 0, sizeof(fd_table)); /* create device filesystem lock */ rt_mutex_init(&fslock, "fslock", RT_IPC_FLAG_FIFO); //FS MUTEX初始化 #ifdef DFS_USING_WORKDIR /* set current working directory */ rt_memset(working_directory, 0, sizeof(working_directory)); //工作路徑初始化 working_directory[0] = '/'; #endif } ``` * 具體的FS初始化(中間層)，以ELMFAT文件系統爲例： ```C int elm_init(void) { /* register fatfs file system */ dfs_register(&dfs_elm); //註冊elmfat文件系統 return 0; } int dfs_register(const struct dfs_filesystem_operation *ops) { int index, result; int free_index; result = 0; free_index = DFS_FILESYSTEM_TYPES_MAX; //首先獲得文件操作權限 dfs_lock(); //檢查該FS是否註冊過 for (index = 0; index < DFS_FILESYSTEM_TYPES_MAX; index++) { if (filesystem_operation_table[index] == RT_NULL) { /* find out an empty filesystem type entry */ if (free_index == DFS_FILESYSTEM_TYPES_MAX) //記錄第一個空閒位置 free_index = index; } else if (strcmp(filesystem_operation_table[index]->name, ops->name) == 0) //若已註冊，则返回錯誤 { result = -1; goto err; } } /* filesystem type table full */ if (free_index == DFS_FILESYSTEM_TYPES_MAX) //若FS已滿，則返回錯誤 { result = -1; goto err; } /* save the filesystem's operations */ filesystem_operation_table[free_index] = ops; //將目前操作集合記錄到空閒位置 err: dfs_unlock(); //釋放FS操作權限 return result; } ``` * FS對應的具體設備驅動初始化(底層) ![](/rt-thread_dfs_mapping.png) 應建立起對應的： rt_sd_init/open/clode/read/write/control，開始可以是空函數(返回類型是rt_err_t的可默認返回RT_EOK) * 掛載FS(將各層具體關聯起來) ```C /* mount SPI flash as root directory */ if (dfs_mount("flash0", "/", "elm", 0, 0) == 0) //掛載名爲elm的FS，該FS對應的設備名为flash0，掛載點爲/ { rt_kprintf("flash0 mount to /.\n"); } else { rt_kprintf("flash0 mount to / failed.\n"); } ``` 參考資料 -------------------------------------------- * Beaglebone - [Rev. changes](http://elinux.org/Beagleboard:BeagleBoneBlack#Revision_C_.28Production_Version.29) - [Schematic](http://beagleboard.org/static/beaglebone/latest/Docs/Hardware/BONE_SCH.pdf) - [System Reference Manual](http://docs-asia.electrocomponents.com/webdocs/12d7/0900766b812d788b.pdf) * AM335x (3358) TRM, Datasheet - [TRM](https://drive.google.com/open?id=0B90H2V1uw2FnVmNndG5jV3V5N2M&authuser=0) - [Datasheet](https://drive.google.com/open?id=0B90H2V1uw2FnbzFDZTNpRC1jOGc&authuser=0) - [Boot process](http://processors.wiki.ti.com/index.php/AM335x_U-Boot_User%27s_Guide#U-Boot) * ARM Cortex-A8 - [TRM](https://drive.google.com/open?id=0B90H2V1uw2FnRnJOSlpzTm4yWFU&authuser=0) - ISA: [①](https://drive.google.com/open?id=0B90H2V1uw2FnUEZzWFpmR3JKa1U&authuser=0) [②](http://people.cs.nctu.edu.tw/~chenwj/dokuwiki/doku.php?id=arm) - Bus: - [AMBA](https://drive.google.com/open?id=0B90H2V1uw2FnRHpIWGJLaUUwZzA&authuser=0) - [APB](https://drive.google.com/open?id=0B90H2V1uw2FnUEZzWFpmR3JKa1U&authuser=0) - [AXI](https://drive.google.com/open?id=0B90H2V1uw2FnSVBERUdFUFlsZkE&authuser=0) * POSIX - [The Open Group Base Specifications Issue 7](http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799//) - [Open POSIX Test Suite](http://posixtest.sourceforge.net/) * EMMC - [Kingston KE4CN2H5A](http://uk.rs-online.com/web/p/flash-memory-chips/7852322P/)