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版本 f897bb9ba1e7810ceac5043ef87adedf6389743f

embedded/chibios

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title: ChibiOS/RT
categories: embedded, arm, stm32, stm32f429
toc: yes
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組員
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* 莊承翰 / vchchuang
* 詹尚倫 / game
* 陳祐任 / bruce30262
* 陳易駿 / alex122380
* 郭耀琮 / rbugoo131

共筆:  `hackpad<https://stm32f429.hackpad.com/ChibiOSRT--tRTURqqJOhr>`_

作業系統架構
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  ChibiOS/RT  是一個相當模組化的設計,部由許多主要的獨立組件構成。而每一個組件又可能細分成許多子系統

 .. image:: /ch結構.png

* kernel : OS kernel中與平台無關的部份
* port layer :OS kernel中與結構/編譯器 相關的部份
* HAL(hardware abstraction layer) : 包含許多抽象的device drivers,提供普遍的I/O API給不同平台的應用程式 
* platform layer : 包含許多device drivers的實作
* various : 提供各種額外但不包含在特定組件的工具的函式庫


中斷(Interrupt)
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* 先備知識
    + 可遮罩式中斷 ( Maskable Interrupt ) :  
        - 一種硬體中斷
        - 可以透過軟體控制去設定中斷遮罩暫存器 ( Interrupt Mask Register ) 內的位元遮罩值 ( bit-mask ) 來讓CPU決定要不要回應這個中斷要求。
    + 不可遮罩式中斷 ( Non-Maskable Interrupt, NMI ) :  
        - 一種硬體中斷
        - 與可遮罩式中斷不同,它無法用軟體去控制。**CPU一定要回應這個中斷要求,不可以忽略。**
    + 中斷遮罩暫存器 ( Interrupt Mask Registers ) : 在 ARM Cortex-M3中,可以透過設定中斷遮罩暫存器,來控制系統的中斷。共有三種:
        - PRIMASK :  一個只有一個 bit 的暫存器。設為1時,系統將只會處理 NMI 和 hard fault exception,其他可遮罩式中斷將被全部忽略。設為0時,則可以處理所有中斷。
        - FAULTMASK:  一個只有一個 bit 的暫存器。設為1時,系統將只會處理 NMI,其他像是 hard fault exception 或是可遮罩式中斷都將被全部忽略。設為0時,則可以處理 hard fault exception。
        - BASEPRI:  8個 bit 的暫存器,用來儲存優先度等級( priority level )。當這個暫存器被設為一個非0值時,系統將會忽略優先度比這個值還要大**(代表優先度等級較低) **的中斷。

* Chibi OS/RT的中斷類別
    + 正常中斷 ( Regular Interrupts ): 
        - 可遮罩式的中斷
        - **在 GCC Ports / ARM Cortex-Mx / ARMv7-M 的移植版本中,優先度等級較低的中斷將被視為正常中斷**
        - 無法搶佔部分的 kernel code
        - 在此類的 interrupt handler 裡面可以呼叫 operating system APIs。
    + 快速中斷 ( Fast Interrupts ):
        - 可遮罩式的中斷
        - **在 GCC Ports / ARM Cortex-Mx / ARMv7-M 的移植版本中,優先度等級較高的中斷將被視為快速中斷**
        - 可以搶佔 kernel code ,也因此有較短的延遲 ( lantency ) 。
        - 在此類的 interrupt handler 裡面無法呼叫任何一個 operating system API 。

    + 不可遮罩式中斷 ( Non Maskable Interrupts, NMI):
        - 不受OS控制的中斷,擁有最短的延遲 ( lowest latency ) 

執行緒(Thread)
執行緒(Thread)狀態
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.. image:: /chThread狀態圖.png

* Start : 初始的狀態
* Suspended :
* Running : 正在執行中的狀態
* Stop : 停止的狀態
* Sleeping :
* Ready : 準備好的狀態

Ready List
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ChibiOS/RT 的 ready list以doubly linked list 實作

 .. image:: /chReadyList.png

 * 執行序的priority level
    + zero :
        - value = 0
        - 保留的最低 priority level,所有可能出現的priority level保證大於0
    + IDLEPRIO :
        - value = 1
        - 保留給Idle Thread的特殊priority level
    + LOWPRIO :
        - value = 2
        - user thread 中 priority level 最低
    + NORMALPRIO :
        - value = 64
        - main() thread從這個level開始,通常user thread 的priority level是以此為中心
    + HIGHPRIO :
        - value = 127
        - user thread 中 priority level 最高
    + ABSPRO :
        - value = 255
        - 保留的最高priority level,高於此priority level的話,就是被interrupt source 所使用的hw level


上下文交換(Context Switch)
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系統狀態(System States)
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.. image:: http://chibios.sourceforge.net/html/dot_inline_dotgraph_1.png

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.. image:: http://chibios.sourceforge.net/html/dot_inline_dotgraph_2.png

.. image:: http://chibios.sourceforge.net/html/dot_inline_dotgraph_3.png

* Init
    + ChibiOS/RT 進行OS初始化之前的狀態,進行所謂的物理重置(physical reset)時也會進到這個狀態
    + 呼叫chSysInit()這個函式進行初始化
    + 在這個狀態裡所有可以發出Maskable Interrupt的sources全部失效
    + 初始化完後進到 Normal
* Normal 
    + 初始化完後到達的狀態
    + 在這裡可以執行Thread, 接收並處理任何中斷及呼叫任何system API
* Suspended 
    + 在這個狀態裡,無法接收正常中斷(IRQ),但是可以接收快速中斷(FIQ)
    + 除了可以呼叫chSysDisable()到達Disable狀態,以及chSysEnable()到達Normal狀態之外,其他所有system API都不能呼叫
* Disabled 
    + 所有可遮罩式中斷資源全部失效,系統僅能處理不可遮罩式中斷(NMI)
    + 除了可以呼叫chSysEnable()到達Normal狀態,以及chSysSuspend()到達Suspended狀態之外,其他所有system API都不能呼叫
* Sleep 
    + 當系統中沒有其他的Thread要跑時,此時系統會執行一個 `idle thread<idle thread>`_,到達這個狀態
    + 此時系統將處於 low power mode,並等待一個中斷跳出這個狀態
    + 接收到一個IRQ時,將會跑到 SRI 狀態去處理中斷,處理完後會回到 Normal 

* S-Locked
* I-Locked 
* Serving Regular Interrupt ( SRI ) 
* Serving Fast Interrupt ( SFI ) 
* Serving Non-Maskable Interrupt ( SNMI ) 
* Halted


硬體驅動原理
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* 以 DMA2D 為例

效能表現
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* 參考 ChibiOS/RT 的 test/testbmk.c

參考資料
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* `Building eye-catching GUIs for your embedded MCU designs<http://www.embedded.com/design/mcus-processors-and-socs/4426244/1/Building-eye-catching-GUIs-for-your-embedded-MCU-designs>`_
* `ChibiOS/RT - SourceForge<http://chibios.sourceforge.net/html/index.html>`_
* `Overview of the Cortex-M3, Chapter 2<http://www.arm.com/files/word/Yiu_Ch2.pdf>`_