如何移植RTT微内核到树莓派3B

作者是第一次接触微内核，目前也没有深入去了解。很高兴参与RTT在树莓派上搭建的微内核的体验版。这篇文章描述如何移植，以及体验。该工程我目前在ubuntu16.04和ubuntu18.04上编译运行都没问题。

RTT构建的混合内核的看法

一般的在 ARM Cortex-A 等处理器中，代码都是会被加载到 DRAM 中执行，而不是直接在 Flash 上执行，所以系统的启动时间将大部分的受加载时间的影响。

而在一些情况下，如果系统启动时间可以足够短时，设备低功耗也将易于实现(例如主控处理器在不使用的情况下直接进行掉电，当需要的时候再迅速启动进行工作)。

同时，RT-Thread在面向资源丰富类型的处理器时也需要一个更完善、完整的 POSIX 平台，能够更好的兼容 Linux 等 UNIX 操作系统的代码。

基于这些原因的情况下，所以RT-Thread引入了类微内核方式的架构，而考虑到微内核IPC性能的缘故，最终考虑采用混合内核的架构，这个新的架构被命名成 RT-Thread Smart 。因为类微内核架构的引入，也带来了更多的优点:

• 整体系统更为安全，应用与内核、与服务之间可以有内存的安全隔离；
• 应用与内核分离来进行开发、调试，在开发、维护的角度上更方便,更容易；

在支持的硬件平台上，RT-Thread Smart被设计成主要支持 ARM Cortex-A 处理器，同时兼顾 ARMCortex-M 、 RISC-V 等处理器架构。对于可以 XIP 执行的硬件平台(例如 ARM Cortex-M 系列)，主要看中其独立开发性，并具备一定的安全隔离功能(通过 MPU 内存保护单元)。

RT-Thread Smart的框架

RT-Thread Smart 框架图：

在整体系统中,运行状态被分离成内核态和用戶态,内核中只包含基础性的服务

• 进程管理(及多线程调度);
• 文件系统接口( DFS );
• BSD socket 接口( SAL/socket );
• 设备驱动框架接口;
• 可选的设备驱动(如 UART , GPIO , IIC 等);

如下图：

而在用戶态中,也包括了一些具体的实现,例如文件系统的实现,网络协议栈的实现等:

• 具体的文件系统实现,例如 FAT 文件系统 elmFATKit ;
• 具体的 TCP/IP 网络协议栈实现,例如 lwIP 轻型网络协议栈 lwIPKit ;
• 图形用戶界面( GUI )实现 - PersimKit ;
• 音频流媒体播放器服务 - AudioKit ;
• 以及一些用戶态驱动: USB 、 LCD 等驱动;

RT-Thread Smart的工程

目前RTT还没将内核源码开源，不过据RTT的老大说，RT-Thread Smart的内核源码后续将开源。目前的内核是官方编译好的镜像。目前内测版本，还没开源，如果大家想尝试，敬请期待。作者会同步更新最新的版本。其工程目录如下：

rice@rice:~/rtt/rtthread-microkernel-v2$ tree -L 2
.
├── apps                //应用程序
│   ├── hello
│   ├── JsKit
│   ├── ping
│   ├── pong
│   └── thread
├── build
│   ├── hello
│   ├── JsKit
│   ├── ping
│   ├── pong
│   └── thread
├── cconfig.h
├── docs
│   └── rt-thread微内核 树莓派开发环境搭建.pdf
├── kernel            //树莓派微内核镜像
│   ├── kernel7.img
│   └── qemu
├── root
│   └── bin
├── rtconfig.h
├── SConstruct
├── sdk
│   ├── crt
│   ├── libc
│   └── SConscript
├── tools
│   └── env-cli
└── Uconfig

22 directories, 7 files
rice@rice:~/rtt/rtthread-microkernel-v2$ 

默认的工程中提供几个应用程序例子：

RT-Thread Smart的工程

• RT-Thread Smart工程：下载地址（待开源）
• 交叉编译链：下载地址（https://launchpad.net/gcc-arm-embedded/+download）

• 树莓派镜像：下载地址（链接: https://pan.baidu.com/s/1IqFiGdZXmLzWgqHTL3B8Vw 提取码: i6wi ）或者从官网下载。
• scons工具：

$ sudo apt-get install scons

• pip工具：

$ sudo apt-get install python-pip

工程编译

编译env-cli环境（进入RT-Thread Smart的内核源码）：

rice@rice:~/rtt/rtthread-microkernel-v2$ cd tool/env-cli
rice@rice:~/rtt/rtthread-microkernel-v2/tool/env-cli$ make
rice@rice:~/rtt/rtthread-microkernel-v2/tool/env-cli$ cd ../
rice@rice:~/rtt/rtthread-microkernel-v2/tool$ sudo pip install -e env-cli
.....
Successfully installed env-cli
rice@rice:~/rtt/rtthread-microkernel-v2/tool$

修改交叉编译链的GCC路径：

将上面的下载的交叉编译链解压，然后copy到opt目录：

rice@rice:~/rtt$ tar -xvf gcc-arm-none-eabi-5_4-2016q3-20160926-linux.tar.bz2
rice@rice:~/rtt$ rice@rice:~/rtt/rtthread-microkernel-vmv gcc-arm-none-eabi-5_4-2016q3-20160926-linux gcc-arm-none-eabi
rice@rice:~/rtt$ sudo cp gcc-arm-none-eabi /opt

修改工程目录下的.config。

#
# Automatically generated file; DO NOT EDIT.
# Configuration
#
CONFIG_CORTEX_A=y
# CONFIG_CORTEX_M is not set
CONFIG_ARCH="Cortex-A"
CONFIG_GNU_GCC=y
# CONFIG_GNU_GCC_MUSL is not set
# CONFIG_GNU_GCC_NEWLIB is not set
CONFIG_Toolchain="gcc"
CONFIG_EXEC_PATH="/opt/gcc-arm-none-eabi/bin"  #交叉编译链的路径
# CONFIG_CUSTOM_PREFIX is not set
CONFIG_PREFIX="arm-none-eabi-"
CONFIG_TARGET_FILE=""

应用程序编译（目前内核还没开源，所以不用编译，内核镜像已包含在工程目录下，直接使用）：

rice@rice:~/rtt/rtthread-microkernel-v2$ env-cli

烧录树莓派镜像

插入sd盘，如果是虚拟机，需要将sd挂载虚拟机上。然后执行命令：

rice@rice:~/rtt$ sudo dd if=2019-09-26-raspbian-buster-full.img of=/dev/sda bs=4M

替换RT-Thread Smart内核镜像

树莓派镜像烧录成功之后，将树莓派sd卡中的kernel7.img微内核版本的kernel录中的kernel7.img替换即可。RT-Thread Smart内核目录（rtthread-microkernel-v2/kernel/kernel7.img）,然后将sd插到树莓派上。

连接串口

树莓派gpio14和gpio15作为串口信号线，连接如下：

串口参数：

• 波特率：115200
• 数据位：8
• 停止位：1
• 奇偶校验：无
• 流控：无

然后插上电源，启动。

显示出RTT的logo就说明成功了。

应用例子示范

上面我们提到，RT-Thread Smart工程中提供了几个例子。直接拿例子来演示。重新将sd插到电脑。然后将hello例子拷贝到sd卡（hello world可执行文件（hello.elf）路径：rtthread-microkernel-v2/root/bin）然后重新将sd卡插到树莓派上。

验证：

个人体验：

听熊老大说目前还在开发，接下来会开源，我还是蛮期待的。初体验的感觉还出错，启动速度挺快的，提供的例程，让我们简单入门。挺不错的，一个好的地方，就是配置的东西从目前来看比较少，不知道后续编译内核的配置复杂不？期待中。后续会根据RT-Thread Smart的版本。多写一些相关文章。