openvela系统启动流程

启动流程概述

参考文档：<u>https://doc.openvela.com/document?id=614&version=dev&language=cn</u>

从openvela启动的第1条指令开始，会完成这些事情：

CPU0的底层初始化：nuttx/arch/arm/src/armv7-a/arm_head.S
设置MMU、Cache、建立页表，调用“arm_boot”初始化C程序运行环境，调用nuttx的入口函数“nx_start”
openvela操作系统的入口：nx_start

“nx_start”函数的调用关系非常繁杂，主要流程如下（为了方便学员复制，下面先以文字形式展示）：

__start

// apps/vendor/allwinnertech/chips/r528/r528_boot.c

bl arm_boot

arm_lowputc('A'); // 第1个字符的输出

b nx_start

nx_start

tasklist_initialize

idle_task_initialize();

drivers_early_initialize

nxsem_initialize

up_allocate_heap(&heap_start, &heap_size);

kumm_initialize(heap_start, heap_size);

idle_group_initialize

task_initialize

instrument_initialize

fs_initialize

irq_initialize

g_irqvector\[i\].handler = irq_unexpected_isr;

// vendor/allwinnertech/chips/r528/r528_irq.c

up_irqinitialize

arm_gic0_initialize

arm_gic_initialize

// \_vector_start 在 nuttx/arch/arm/src/armv7-a/arm_vectortab.S

cp15_wrvbar((uint32_t)\_vector_start);

irq_enable();

clock_initialize

nxsig_initialize

nxmq_initialize

net_initialize

binfmt_initialize

up_initialize

arm_serialinit // vendor/allwinnertech/chips/r528/r528_serial.c

up_earlyserialinit

r528_uart1config // 配置串口引脚

uart_register("/dev/console", &CONSOLE_DEV); // CONSOLE_DEV = g_uart1port

uart_register("/dev/uart1", &g_uart1port);

drivers_initialize // 一些不涉及具体硬件的驱动,比如/dev/null, /dev/zero

board_early_initialize // 执行板级早期硬件初始化

r528_early_initialize

nx_smp_start

nx_bringup

nx_create_initthread

nxthread_create("AppBringUp", nx_start_task, ...)

nx_start_task

nx_start_application

nx_romfsetc();

// romfs_img 来自 apps/vendor/allwinnertech/boards/

// r528/r528s3-velaevb1/src/etctmp.c

// etctmp.c是通过nuttx/boards/Board.mk生成的romfs映像文件

// Board.mk里的文件来自apps/vendor/allwinnertech/boards/

// r528/r528s3-evb4/src/Makefile

// 注册设备: /dev/ram0

romdisk_register(...,romfs_img, ...)

nx_mount(..."/dev/ram0", "/etc", "romfs"...);

// apps/vendor/allwinnertech/boards/r528/r528s3-velaevb1/src/r528_boot.c

board_late_initialize // 执行板级主要驱动的初始化

r528_late_initialize(); // 注册单板大部分驱动程序

r528_bringup(); // 挂载一些文件系统

ret = mount(NULL, "/proc", "procfs", 0, NULL);

task_spawn("nsh_main")

nsh_main

nsh_initialize

boardctl(BOARDIOC_INIT, 0);

// apps/vendor/allwinnertech/boards/r528/r528s3-evb4/src/r528_appinit.c

// 初始化应用层

board_app_initialize // 空函数

// /etc/init.d/rc.sysinit

nsh_sysinitscript(&pstate-\>cn_vtbl);

nsh_script_redirect("sysinit", "/etc/init.d/rc.sysinit");

// 没有配置CONFIG_BOARDCTL_FINALINIT

// 这个函数没有被调用, 放在这里只是为了跟前面的board_app_initialize进行对比

// 在sysinit之后初始化应用层

boardctl(BOARDIOC_FINALINIT, 0);

board_app_finalinitialize

nsh_initscript(&pstate-\>cn_vtbl);

nsh_script_redirect("init", "/etc/init.d/rcS");

nsh_consolemain

// 循环等待用户输入、解析、执行

sched_unlock(); // 执行到这里后,前面创建的AppBringUp进程才能执行

for (; ; )

{

up_idle();

}

下面使用图形方式把要留意的部分用红框标出来：

一些主要函数，列表如下：

启动流程代码走读

视频讲解，重点讲解board_XX_init等单板相关的函数，这些涉及移植工作。

参考文档：docs/zh-cn/chip_porting/porting_guide.md

arm_lowputc

arm_lowputc：单板相关的最低层打印函数。

在内核里使用syslog来打印信息时，最终会调用到它。在“docs/en/device_dev_guide/kernel/logging/syslog.md”中有如下说明：

// Application/Kernel Log Call

syslog() / _info()

v-- Formatting & Dispatch

nx_vsyslog()

v-- C Library Standard Formatting

lib_vsprintf()

v-- Write to Syslog Output Stream

stream_putc() --> syslogstream_putc()

v-- Iterate All Registered Channels & Differentiate Context

syslog_putc()

v-- Call Channel Driver's Output Function

g_syslog_channel[i]->sc_ops->sc_putc() // Task context

g_syslog_channel[i]->sc_ops->sc_force() // Interrupt context

要使用syslog，头文件和函数原型如下：

#include <syslog.h>

void syslog(int priority, const char \*format, ...);

// \`priority\`: The priority of the log, such as \`LOG_INFO\`, \`LOG_ERR\`, etc.

// \`format\`: A format string compatible with \`printf\` syntax.

控制台初始化（console）

为了使应用可以通过标准输入/输出（“stdin/out/err”）访问物理串口，必须注册串口驱动。

每个架构提供“<arch>_serialinit”接口，由厂商实现。

它内部调用“uart_register”注册控制台和其他串口设备节点。

arm_serialinit > up_earlyserialinit：用来初始化控制台。

board_late_initialize

单板的驱动注册，可以放在这个函数里。

openvela中断体系

ARMv7中断体系与处理流程

GIC：通用中断控制器（“Generic Interrupt Controller”）。GIC 是 ARM 公司开发的一个中断硬件 IP，主要用于管理外设中断，是联系外设中断和 CPU 的桥梁，也是各 CPU 之间中断互联的通道。它可以做到使能或禁止中断、把中断分组、在多核系统中将中断分配到不同处理器上、设置电平触发还是边沿触发方式等。

假设按键引脚被配置为中断功能，按键被按下或松开时，GPIO模块检测到信号发生变化后向GIC发出中断，GIC再向CPU发出中断。

CPU每执行完一条指令都会检查有无中断/异常产生，发现有中断/异常产生后，就会暂停当前的程序去处理中断/异常。

对于ARMv7架构，有如下异常向量表：

A7的向量表中，放置的是各类异常的“跳转指令”。

比如发生“Reset”异常时，CPU就会从向量表里找到第0项，执行“ldr pc, .Lresethandler”指令。

比如发生任何的中断时，CPU就会从向量表里找到第6项，执行“ldr pc, .Lirqhandler”指令去处理中断。

跳转之前，硬件只会保存CPSR寄存器
跳转之后，软件要保存现场
处理中断的函数执行完毕，返回之前，软件恢复现场、恢复CPSR寄存器

怎么处理中断呢？

在CPU的角度，它可以从GIC里读取到“发生了n号”中断，但是它无法知道中断起源是“GPIO的m号引脚”。所以，我们需要给“n号GIC中断”提供处理函数A。函数A要去读取GPIO控制器，分辨出是“m号引脚触发了中断”，然后调用它的处理函数B。

在上述场景里，我们需要提供两个中断处理函数：n号GIC中断处理函数A，m号GPIO引脚的中断处理函数B。

假设I2C0模块直接向GIC控制器发出“k号”中断，GIC的k号中断来源只有I2C0模块，那么可以给“k号GIC中断”只提供一个处理函数C。

openvela中断处理流程

总体框图如下（后面详细讲解）：

异常向量表

设置向量表的流程如下：

nx_start

tasklist_initialize

idle_task_initialize();

drivers_early_initialize

nxsem_initialize

up_allocate_heap(&heap_start, &heap_size);

kumm_initialize(heap_start, heap_size);

idle_group_initialize

task_initialize

instrument_initialize

fs_initialize

irq_initialize

g_irqvector\[i\].handler = irq_unexpected_isr;

// vendor/allwinnertech/chips/r528/r528_irq.c

up_irqinitialize

arm_gic0_initialize

arm_gic_initialize

// \_vector_start 在 nuttx/arch/arm/src/armv7-a/arm_vectortab.S

cp15_wrvbar((uint32_t)\_vector_start);

irq_enable();

向量表在“nuttx/arch/arm/src/armv7-a/arm_vectortab.S”中：

从上到下的中断处理过程

代码流程如下：

// nuttx/arch/arm/src/armv7-a/arm_vectors.S

arm_vectorirq

bl arm_decodeirq /* Call the handler */

// nuttx/arch/arm/src/armv7-a/arm_gicv2.c

arm_decodeirq

// nuttx/arch/arm/src/armv7-a/arm_gicv2.c

irq = (regval & GIC_ICCIAR_INTID_MASK) \>\> GIC_ICCIAR_INTID_SHIFT;

arm_doirq(irq, regs);

// nuttx/sched/irq/irq_dispatch.c

irq_dispatch(irq, regs);

unsigned int ndx = irq;

vector = g_irqvector\[ndx\].handler;

arg = g_irqvector\[ndx\].arg;

CALL_VECTOR(ndx, vector, irq, context, arg);

vector(ndx, context, arg);

从下到上的中断注册过程

第1步：GIC中断处理函数的注册，代码如下：

// nuttx/sched/irq/irq_attach.c

r528_early_initialize

r528_gpio_init

hal_gpio_init

ret = hal_request_irq(gpio_desc-\>irq\[i\], gpio_irq_handle, irqname, (void \*)&gpio_desc-\>irq\[i\]);

hal_enable_irq(gpio_desc-\>irq\[i\]);

第2步，GPIO引脚的注册过程：

// 设备驱动程序使用GPIO中断

hal_gpio_to_irq(gpio_pin_t pin, uint32_t *irq)

hal_gpio_irq_request(uint32_t irq, hal_irq_handler_t hdle, unsigned long flags, void *data)

gpio_desc-\>irq_desc\[irq - GPIO_IRQ_START\].handle_irq = hdle;

gpio_desc-\>irq_desc\[irq - GPIO_IRQ_START\].flags = flags;

gpio_desc-\>irq_desc\[irq - GPIO_IRQ_START\].data = data;

gpio_irq_set_type

hal_gpio_pinmux_set_function(gpio_desc-\>irq_desc\[irq - GPIO_IRQ_START\].pin, GPIO_MUXSEL_EINT);

文件系统的挂载

在开发板上执行mount命令可以看到已经挂载的文件系统：

nsh> mount

/data type yaffs // 来自flash

/etc type romfs // /dev/ram0

/proc type procfs // 虚拟文件系统

/resource type romfs // 来自flash

/tmp type tmpfs // 虚拟文件系统

/etc的挂载

源码流程如下：

nx_start

nx_bringup

nx_create_initthread

nxthread_create("AppBringUp", nx_start_task, ...)

nx_start_task

nx_start_application

nx_romfsetc();

// romfs_img 来自 apps/vendor/allwinnertech/boards/r528/

// r528s3-velaevb1/src/etctmp.c

// etctmp.c是通过nuttx/boards/Board.mk生成的romfs映像文件

// Board.mk里的文件来自apps/vendor/allwinnertech/boards/

// r528/r528s3-evb4/src/Makefile

// 注册设备: /dev/ram0

romdisk_register(...,romfs_img, ...)

nx_mount(..."/dev/ram0", "/etc", "romfs"...);

/proc的挂载

源码流程如下：

nx_start

nx_bringup

nx_create_initthread

nxthread_create("AppBringUp", nx_start_task, ...)

nx_start_task

nx_start_application

nx_romfsetc();

board_late_initialize // 执行板级主要驱动的初始化

r528_late_initialize(); // 注册单板大部分驱动程序

r528_bringup(); // 挂载一些文件系统

ret = mount(NULL, "/proc", "procfs", 0, NULL);

/tmp的挂载

源码流程如下：

nx_start

nx_bringup

nx_create_initthread

nxthread_create("AppBringUp", nx_start_task, ...)

nx_start_task

nx_start_application

task_spawn("nsh_main")

nsh_main

nsh_initialize

// /etc/init.d/rc.sysinit

nsh_sysinitscript(&pstate-\>cn_vtbl);

nsh_script_redirect("sysinit", "/etc/init.d/rc.sysinit");

单板“/etc/init.d/rc.sysinit”文件的内容，来自如下源码：

Flash分区的挂载

源码流程如下：

nx_start

nx_bringup

nx_create_initthread

nxthread_create("AppBringUp", nx_start_task, ...)

nx_start_task

nx_start_application

task_spawn("nsh_main")

nsh_main

nsh_initialize

// /etc/init.d/rc.sysinit

nsh_sysinitscript(&pstate-\>cn_vtbl);

nsh_script_redirect("sysinit", "/etc/init.d/rc.sysinit");

nsh_initscript(&pstate-\>cn_vtbl);

nsh_script_redirect("init", "/etc/init.d/rcS");

单板“/etc/init.d/rcS”文件的内容，来自如下源码：

Init程序的启动

源码流程如下：

nx_start

nx_bringup

nx_create_initthread

nxthread_create("AppBringUp", nx_start_task, ...)

nx_start_task

nx_start_application

task_spawn("nsh_main")

nsh_main

nsh_initialize

// /etc/init.d/rc.sysinit

nsh_sysinitscript(&pstate-\>cn_vtbl);

nsh_script_redirect("sysinit", "/etc/init.d/rc.sysinit");

nsh_initscript(&pstate-\>cn_vtbl);

nsh_script_redirect("init", "/etc/init.d/rcS");

如果想让某个程序自动运行，以hello程序为例，可以修改：

~/vela-opensource/vendor/allwinnertech/boards/r528/r528s3-velaevb1/src/etc/init.d/rcS

在文件最后加入：

hello &

视频里细讲“/etc/init.d/rcS”里的“hello”如何被启动。

无论是脚本里命令的执行，还是在控制终端输入命令，执行流程都是这样：

根据“命令”找到内嵌的命令或内嵌的APP
执行它

启动流程概述​

启动流程代码走读​

arm_lowputc​

控制台初始化（console）​

board_late_initialize​

openvela中断体系​

ARMv7中断体系与处理流程​

openvela中断处理流程​

异常向量表​

从上到下的中断处理过程​

从下到上的中断注册过程​

文件系统的挂载​

/etc的挂载​

/proc的挂载​

/tmp的挂载​

Flash分区的挂载​

Init程序的启动​

启动流程概述

启动流程代码走读

arm_lowputc

控制台初始化（console）

board_late_initialize

openvela中断体系

ARMv7中断体系与处理流程

openvela中断处理流程

异常向量表

从上到下的中断处理过程

从下到上的中断注册过程

文件系统的挂载

/etc的挂载

/proc的挂载

/tmp的挂载

Flash分区的挂载

Init程序的启动