第八章 Xilinx操作系统及库
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使用指令缓存函数，必须在源文件中包含头文件 mb_interface.h。MicroBlaze的指令缓存处理函数有：
• • • void microblaze_enable_icache(void） void microblaze_disable_icache(void) void microblaze_init_icache_range(int cache_addr,int cache_size)
• • • void microblaze_enable_interrupts(void) void microblaze_disable_interrupts(void) void microblaze_register_handle(XInterruptHandler Handler, void *DataPtr)
第八章 Xilinx操作系统及库
何宾 2012.02
内容概述
本章主要介绍操作系统及板级支持包。该章内容主要 包括：
（1）Xilinx微核接口； （2）LibXil标准C库； （3）板级支持包； （4）Xilkernel核； （5）LibXil库。 其中重点介绍了Xilkernel核，内容包括：Xilkernel核概述、 Xilkernel构成、建立Xilkernel应用程序、Xilkernel处理模型、 Xilkernel调度模型、POSIX接口、Xilkernel API接口、存储器保护、 系统初始化、Xilkernel定制等内容。
存储器管理函数
MicroBlaze处理器和PowerPC处理器C库支持标准的存 储器管理函数，比如malloc(), calloc(), free()。 通过使用堆来动态的分配存储器。堆指针从低向高增 加（运行时不能增加）。分配堆至少128字节，观察函数 返回值以确定正确的分配堆。
算术操作
对所有处理器可以使用libgcc.a库来用软件实现整数和 浮点算术运算。 当硬件不支持使用指令的算术运算原语时，编译器为 所有的处理器插入对这些例程的调用。
标准的C库（lib.a）
Lib.c目录和函数有： _ansi，fastmath.h，machine/，reent.h，stdlib.h， utime.h，_syslist.h，fcnt1.h，malloc.h，regdef.h， string.h，utmp.h，ar.h，float.h，math.h，setjmp.h，sys/， assert.h，grp.h，paths.h，signal.h，termios.h，ctype.h， ieeefp.h，process.h，stdarg.h，time.h，dirent.h，limits.h， pthread.h，stddef.h，unctrl.h，errno.h，locale.h，pwd.h， stdio.h，unistd.h
Xilinx的微核 -LibXil lsf
LibXil lsf是一个系统内Flash库。 支持Xilinx系统内Flash和外部的串行Flash（Atmel 的AT45XXXD，Intel的S33和ST的M25PXX）。 该库使得高层软件能和串行Flash通信。
标准C库
EDK库和设备驱动提供标准C库函数和访问外设的函 数。 EDK库由Libgen根据MSS文件为每个工程自动配置。 这些库和include文件保存在当前工程lib和include目录下。 mb-gcc的选项-l和-L用来将这些目录添加到库搜索路 径中。
Xilinx的微核 -板级支持包BSP
BSP是单线程库。BSP提供对硬件的小的接口。向应 用程序提供所要求的最少的功能。 BSP提供的一些典型的函数包括:
（1）设置中断 （2）系统异常 （3）配置缓存 （4）其它硬件指定的功能。
Xilinx的微核 -LibXil驱动程序
LibXil是指设备驱动程序，在软件平台中被包含用来 向系统中的外设提供接口。 这些驱动伴随EDK提供，并且被Libgen配置。 后面详细介绍设备驱动的概念和在软件平台中适配的 方法。
EDK库包含标准C函数用于I/O，比如printf和scanf。 这些函数代码太大，不适应嵌入式处理器的应用。这些函 数的原型在stdio.h。 注意：C标准I/O例程比如printf，scanf，vfprintf在默 认情况下是行缓冲的。将其变成无缓冲格式的，必须调用 setvbuf。
输入/输出函数
Xilinx的微核 -Xilkernel
Xilkernel是一个简单的嵌入式处理器的核，能根据系 统进行定制。 Xilkernel有嵌入式核的那些关键的特征：
（1）多任务; （2）优先级驱动的抢先调度; （3）进程间通信; （4）同步和中断处理。
Xilinx的微核 -Xilkernel
Xilkernel是一个小的，模块化的，用户定制，能用在 不同的系统配置环境。 应用程序能以不同模式，静态的和Xilkernel连接形成 单独的可执行文件。
中断处理； 异常处理； 指令缓存处理； 数据缓存处理； FSL接口宏； FSL宏标志； pseudo-asm宏； PVR访问例程和宏； 文件处理； 错误码。
中断处理
使用中断处理函数，必须在源文件中包含头文件 mb_interface.h。MicroBlaze的中断管理函数有：
比如： setvbuf（stdout，NULL，_IONBF，0）； 这些输入/输出例程要求在新一行用CR和LF结束。 除了标准的C函数，EDK处理器库提供了下面的小的I/O 函数：
1）void print(char *)；（打印字符串到MSS文件中指定的标准输 出的外设） 2）void putnum(int)；（转换整数到16进制的字符串，并打印字 符串到外设） 3）void xil_printf(const *char ctl1,…)（与printf函数类似，但代码 更小，不支持浮点数）
• • void microblaze_enable_exceptions(void) void microblaze_register_exception_handle(Xuint8 Exceptionld, XExceptionHandler Handler, void *DataPtr)
指令缓存处理
Xilinx的微核
LibXil库由下面构成：
1）LibXil Driver-Xilinx的设备驱动程序； 2）LibXil MFS-Xilinx的存储文件系统（Memory File System， MFS）； 3）LibXil Flash-并行Flash编程库； 4）LibXil lsf-串行Flash编程库；
标准的C库（lib.a）
程序访问标准的C库函数，必须使用如下方式编译： 1）mb-gcc <C file>（对MicroBlaze处理器）； 2）powerpc-eabi-gcc<C file>（对PowerPC处理器），访 问libm数学函数，指定lm选项；
Xilinx C库（libxil.a）
数据缓存处理
使用数据缓存函数，必须在源文件中包含头文件 mb_interface.h。MicroBlaze的数据缓存处理函数有：
（1）void microblaze_enable_dcache(void） 使能Microblaze处理器的数据缓存 （2）void microblaze_disable_dcache(void) 禁止Microblaze处理器的数据缓存 （3）void microblaze_flush_dcache() 刷新整个数据缓存,当使用回写缓存时，使用这个函数 （4）void microblaze_flush_dcache_range(unsigned int cache_addr, unsigned int cache_len) 刷新指定的数据缓存的范围
Xilinx的微核
Xilinx的微核（Xilinx Microkernel，XMK）包含三个 不同的软件实体，通过它用户应用程序可以与标准C和 Math库，LibXil库，Xilkernel或独立运行的操作系统相 接。 标准C库由newlib和libc组成，该库包含了标准C的函 数，例如，stdio，stdlib，string例程。数学库是newlib数学 库的扩展，提供了标准的数学函数。
标准的C库（lib.a）
该库为MicroBlaze和PowerPC处理器提供了标准的C函 数。可以根据下面路径下的这些标准C函数找到头文件。 <XILINX_EDK>/gnu/<processor>/<platform>/<processorlib>/include 其中: <XILINX_EDK>为EDK的安装路径； <processor>为powerpc-eabi或microblaze； <platform>为sol，nt，lin； <processor-lib>为powerpc-eabi或microblaze-xilinx-elf；
异常处理
这个功能在MicroBlaze3.0以前不可用。使用异常处理 函数，必须在源文件中包含头文件mb_interface.h。当在 MHS中正确的配置了硬件异常处理，这些函数才能正常运 行。MicroBlaze的异常处理函数有： • void microblaze_disable_exceptions(void)
Xilinx提供独立板级支持包（Board Support Package， BSP，后来Xilinx称为Standard平台）和Xilkernel。
Xilinx的微核结构
用户应用程序
Xilkernel Xil MFS XilFlash 独立BSP C，Math和GCC库 Xilinx驱动 Xil lsf
图8.1 XMK结构
Xilinx的微核
用户的应用程序通过不同的方法和XMK的不同组成部 分进行接口。 除了一些交互外，库之间是独立的。比如，Xilkernel 使用BSP。BSP和Xilinx驱动构成了对底层硬件的抽象。 XMK的库和OS依赖于标准的C库组成部分。数学库 libm.a可以用来和用户的应用程序连接。
MicroBlaze处理器 -整数算术运算
默认情况下，整数乘法通过使用库函数例程_mulsi3 实现（软件）。 如果编译器mb-gcc选择-mno-xl-soft-mul时，整数乘法 可以使用硬件实现。 整数除法和求模操作通过使用库函数例程_divsi3和 _modsi3实现（软件）。可以定制使用硬件除法器来实现 除法指令。 双精度乘法，除法和求模函数使用库函数_muldi3， _divdi3，moddi3实现。 无符号的这些操作相对于有符号的操作就是其前缀为 _u，而不是_。
Xilinx的微核 -LibXil MFS
LibXil MFS提供简单的存储文件系统，使得很容易通 过使用输入-输出文件来访问数据。 这个系统通过改变安装区域的源文件，很容易配置满 足工程要求。
Xilinx的微核 -LibXil Flash
LibXil Flash ：提供对并行Flash的访问，这些Flash与 普通的Flash接口一致。 支持Intel和AMD的CFI (Common Flash Interface)芯片。
MicroBlaze处理器 -浮点算术运算
所有的浮点的加、减、乘、除和转换操作使用C库里 的软件函数实现。
板级பைடு நூலகம்持包
板级支持包BSP是软件模块的最底层，用来访问处理 器指定的功能。当应用程序直接访问板/处理器使用独立 的BSP，BSP在操作系统层下面。
MicroBlaze处理器BSP
当系统使用MicroBlaze处理器，并且没有使用OS时， Libgen自动在libxil.a工程库中建立独立的BSP。 MicroBlaze处理器BSP的函数类型主要有：
Xilinx的C库为MicroBlaze处理器包含下面的目标文件：
1）_exception_handler.o，_interrupt_handler.o， _program_clean.o，_program_init.o
2）默认情况下提供异常和中断句柄。 libxil.a被自动包含。
输入/输出函数
• • • void microblaze_enable_icache(void） void microblaze_disable_icache(void) void microblaze_init_icache_range(int cache_addr,int cache_size)
• • • void microblaze_enable_interrupts(void) void microblaze_disable_interrupts(void) void microblaze_register_handle(XInterruptHandler Handler, void *DataPtr)
第八章 Xilinx操作系统及库
何宾 2012.02
内容概述
本章主要介绍操作系统及板级支持包。该章内容主要 包括：
（1）Xilinx微核接口； （2）LibXil标准C库； （3）板级支持包； （4）Xilkernel核； （5）LibXil库。 其中重点介绍了Xilkernel核，内容包括：Xilkernel核概述、 Xilkernel构成、建立Xilkernel应用程序、Xilkernel处理模型、 Xilkernel调度模型、POSIX接口、Xilkernel API接口、存储器保护、 系统初始化、Xilkernel定制等内容。
存储器管理函数
MicroBlaze处理器和PowerPC处理器C库支持标准的存 储器管理函数，比如malloc(), calloc(), free()。 通过使用堆来动态的分配存储器。堆指针从低向高增 加（运行时不能增加）。分配堆至少128字节，观察函数 返回值以确定正确的分配堆。
算术操作
对所有处理器可以使用libgcc.a库来用软件实现整数和 浮点算术运算。 当硬件不支持使用指令的算术运算原语时，编译器为 所有的处理器插入对这些例程的调用。
标准的C库（lib.a）
Lib.c目录和函数有： _ansi，fastmath.h，machine/，reent.h，stdlib.h， utime.h，_syslist.h，fcnt1.h，malloc.h，regdef.h， string.h，utmp.h，ar.h，float.h，math.h，setjmp.h，sys/， assert.h，grp.h，paths.h，signal.h，termios.h，ctype.h， ieeefp.h，process.h，stdarg.h，time.h，dirent.h，limits.h， pthread.h，stddef.h，unctrl.h，errno.h，locale.h，pwd.h， stdio.h，unistd.h
Xilinx的微核 -LibXil lsf
LibXil lsf是一个系统内Flash库。 支持Xilinx系统内Flash和外部的串行Flash（Atmel 的AT45XXXD，Intel的S33和ST的M25PXX）。 该库使得高层软件能和串行Flash通信。
标准C库
EDK库和设备驱动提供标准C库函数和访问外设的函 数。 EDK库由Libgen根据MSS文件为每个工程自动配置。 这些库和include文件保存在当前工程lib和include目录下。 mb-gcc的选项-l和-L用来将这些目录添加到库搜索路 径中。
Xilinx的微核 -板级支持包BSP
BSP是单线程库。BSP提供对硬件的小的接口。向应 用程序提供所要求的最少的功能。 BSP提供的一些典型的函数包括:
（1）设置中断 （2）系统异常 （3）配置缓存 （4）其它硬件指定的功能。
Xilinx的微核 -LibXil驱动程序
LibXil是指设备驱动程序，在软件平台中被包含用来 向系统中的外设提供接口。 这些驱动伴随EDK提供，并且被Libgen配置。 后面详细介绍设备驱动的概念和在软件平台中适配的 方法。
EDK库包含标准C函数用于I/O，比如printf和scanf。 这些函数代码太大，不适应嵌入式处理器的应用。这些函 数的原型在stdio.h。 注意：C标准I/O例程比如printf，scanf，vfprintf在默 认情况下是行缓冲的。将其变成无缓冲格式的，必须调用 setvbuf。
输入/输出函数
Xilinx的微核 -Xilkernel
Xilkernel是一个简单的嵌入式处理器的核，能根据系 统进行定制。 Xilkernel有嵌入式核的那些关键的特征：
（1）多任务; （2）优先级驱动的抢先调度; （3）进程间通信; （4）同步和中断处理。
Xilinx的微核 -Xilkernel
Xilkernel是一个小的，模块化的，用户定制，能用在 不同的系统配置环境。 应用程序能以不同模式，静态的和Xilkernel连接形成 单独的可执行文件。
中断处理； 异常处理； 指令缓存处理； 数据缓存处理； FSL接口宏； FSL宏标志； pseudo-asm宏； PVR访问例程和宏； 文件处理； 错误码。
中断处理
使用中断处理函数，必须在源文件中包含头文件 mb_interface.h。MicroBlaze的中断管理函数有：
比如： setvbuf（stdout，NULL，_IONBF，0）； 这些输入/输出例程要求在新一行用CR和LF结束。 除了标准的C函数，EDK处理器库提供了下面的小的I/O 函数：
1）void print(char *)；（打印字符串到MSS文件中指定的标准输 出的外设） 2）void putnum(int)；（转换整数到16进制的字符串，并打印字 符串到外设） 3）void xil_printf(const *char ctl1,…)（与printf函数类似，但代码 更小，不支持浮点数）
• • void microblaze_enable_exceptions(void) void microblaze_register_exception_handle(Xuint8 Exceptionld, XExceptionHandler Handler, void *DataPtr)
指令缓存处理
Xilinx的微核
LibXil库由下面构成：
1）LibXil Driver-Xilinx的设备驱动程序； 2）LibXil MFS-Xilinx的存储文件系统（Memory File System， MFS）； 3）LibXil Flash-并行Flash编程库； 4）LibXil lsf-串行Flash编程库；
标准的C库（lib.a）
程序访问标准的C库函数，必须使用如下方式编译： 1）mb-gcc <C file>（对MicroBlaze处理器）； 2）powerpc-eabi-gcc<C file>（对PowerPC处理器），访 问libm数学函数，指定lm选项；
Xilinx C库（libxil.a）
数据缓存处理
使用数据缓存函数，必须在源文件中包含头文件 mb_interface.h。MicroBlaze的数据缓存处理函数有：
（1）void microblaze_enable_dcache(void） 使能Microblaze处理器的数据缓存 （2）void microblaze_disable_dcache(void) 禁止Microblaze处理器的数据缓存 （3）void microblaze_flush_dcache() 刷新整个数据缓存,当使用回写缓存时，使用这个函数 （4）void microblaze_flush_dcache_range(unsigned int cache_addr, unsigned int cache_len) 刷新指定的数据缓存的范围
Xilinx的微核
Xilinx的微核（Xilinx Microkernel，XMK）包含三个 不同的软件实体，通过它用户应用程序可以与标准C和 Math库，LibXil库，Xilkernel或独立运行的操作系统相 接。 标准C库由newlib和libc组成，该库包含了标准C的函 数，例如，stdio，stdlib，string例程。数学库是newlib数学 库的扩展，提供了标准的数学函数。
标准的C库（lib.a）
该库为MicroBlaze和PowerPC处理器提供了标准的C函 数。可以根据下面路径下的这些标准C函数找到头文件。 <XILINX_EDK>/gnu/<processor>/<platform>/<processorlib>/include 其中: <XILINX_EDK>为EDK的安装路径； <processor>为powerpc-eabi或microblaze； <platform>为sol，nt，lin； <processor-lib>为powerpc-eabi或microblaze-xilinx-elf；
异常处理
这个功能在MicroBlaze3.0以前不可用。使用异常处理 函数，必须在源文件中包含头文件mb_interface.h。当在 MHS中正确的配置了硬件异常处理，这些函数才能正常运 行。MicroBlaze的异常处理函数有： • void microblaze_disable_exceptions(void)
Xilinx提供独立板级支持包（Board Support Package， BSP，后来Xilinx称为Standard平台）和Xilkernel。
Xilinx的微核结构
用户应用程序
Xilkernel Xil MFS XilFlash 独立BSP C，Math和GCC库 Xilinx驱动 Xil lsf
图8.1 XMK结构
Xilinx的微核
用户的应用程序通过不同的方法和XMK的不同组成部 分进行接口。 除了一些交互外，库之间是独立的。比如，Xilkernel 使用BSP。BSP和Xilinx驱动构成了对底层硬件的抽象。 XMK的库和OS依赖于标准的C库组成部分。数学库 libm.a可以用来和用户的应用程序连接。
MicroBlaze处理器 -整数算术运算
默认情况下，整数乘法通过使用库函数例程_mulsi3 实现（软件）。 如果编译器mb-gcc选择-mno-xl-soft-mul时，整数乘法 可以使用硬件实现。 整数除法和求模操作通过使用库函数例程_divsi3和 _modsi3实现（软件）。可以定制使用硬件除法器来实现 除法指令。 双精度乘法，除法和求模函数使用库函数_muldi3， _divdi3，moddi3实现。 无符号的这些操作相对于有符号的操作就是其前缀为 _u，而不是_。
Xilinx的微核 -LibXil MFS
LibXil MFS提供简单的存储文件系统，使得很容易通 过使用输入-输出文件来访问数据。 这个系统通过改变安装区域的源文件，很容易配置满 足工程要求。
Xilinx的微核 -LibXil Flash
LibXil Flash ：提供对并行Flash的访问，这些Flash与 普通的Flash接口一致。 支持Intel和AMD的CFI (Common Flash Interface)芯片。
MicroBlaze处理器 -浮点算术运算
所有的浮点的加、减、乘、除和转换操作使用C库里 的软件函数实现。
板级பைடு நூலகம்持包
板级支持包BSP是软件模块的最底层，用来访问处理 器指定的功能。当应用程序直接访问板/处理器使用独立 的BSP，BSP在操作系统层下面。
MicroBlaze处理器BSP
当系统使用MicroBlaze处理器，并且没有使用OS时， Libgen自动在libxil.a工程库中建立独立的BSP。 MicroBlaze处理器BSP的函数类型主要有：
Xilinx的C库为MicroBlaze处理器包含下面的目标文件：
1）_exception_handler.o，_interrupt_handler.o， _program_clean.o，_program_init.o
2）默认情况下提供异常和中断句柄。 libxil.a被自动包含。
输入/输出函数