RT－Thread在LPC2378上的移植与应用

涂 撰， 赵 标

（1.上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海200240；2.上海船舶运输科学研究所 研发中心，上海200135）

0 引 言

嵌入式实时操作系统RT－Thread是由国内开发人员主创的稳定的开源实时操作系统，它得益于中国开源社区的发展，已经历了6年的开发，得到了来自全国各地嵌入式工程师的鼎力支持。现在它不仅是一款开源意义的实时操作系统，也是一款产品级的实时操作系统。该系统已经被国内十多所企业所采用，是一款能够稳定持续运行的操作系统，具有良好的应用前景。

嵌入式实时操作系统RT－Thread采用面向对象的设计风格，但不同于一般的面向对象系统，它并不是利用C＋＋实现的，而是采用了C语言的方式实现面向对象编程。这样的系统内核简洁、高效、稳定和易于移植。它不仅是单一的实时操作系统内核，还包含了一系列完整的嵌入式组件，如：Fin SH Shell命令行工具、分布式文件系统（Distributed File System，DFS）、优化的网络协议栈l wip、图形用户界面RTGUI和完整的C运行库等。

NXP公司推出的32位RISC处理器LPC2378采用了ARM7 TDMI内核，具有丰富而独特的外设，功能强大，大大减少了系统电路中除处理器以外的元器件配置，能够最小化系统成本，性价比高，十分适合于如工业控制、Internet设备、网络和调制解调设备等嵌入式应用。因此，将嵌入式实时操作系统RT－Thread移植到LPC2378芯片具有现实意义。

1 RT－Thread与其他嵌入式操作系统的比较

随着在嵌入式系统的应用开发中广泛的采用嵌入式实时操作系统，使得实时系统（Real－Ti me Operating System，RTOS）有了很快的发展。常见的嵌入式实时操作系统主要有free RTOS、u C／OS－II、Vx Wor ks、QNX等。表1中列举了u C／OS－II、free RTOS、Vx Works和RT－Thread的比较。

表1 RT－Thread与其他RTOS的比较

2 RT－Thread的移植

2.1 RT－Thread目录结构

RT－thread的源代码可由官方网站获取，或者通过Google SVN下载。目前RT－Thread最新的稳定版本是1.0.0，最新的测试版本为1.1.0beta1。RT－thread源代码的目录结构见图1。

板级支持包（Boar d Support Package，BSP）和libcpu文件夹中的内容均与中央处理器（Central Pr ocessing Unit，CPU）类型和硬件平台有关，因此是移植RT－Thread的重点。其他部分都与硬件平台无关。

2.2 RT－Thread开发环境

RT－Thread有多种开发环境，如scons命令行、GNU的GCC编译环境和ARM公司的MDK开发工具等。个人可以根据各自习惯选择合适的开发环境。RT－Thread发展到0.3.0以后，主要的编译器切换到了ARM公司的Real View ARM Co mpiler，因此推荐采用ARM公司的MDK作为开发工具。

2.3 移植过程

RT－Thread在LPC2378上的移植是通过Real View MDK工具进行的。首先在RT－Thread源码的bsp目录下新建l pc2378目录，将与LPC2378相近的芯片（如l pc2478）目录内容拷贝到新建目录下。在Real View MDK中新建立1个工程文件，保存在bsp／l pc2378目录下。创建工程时CPU选择NXP的LPC2378芯片，可以使用工具自动生成的启动文件。由于需要修改部分代码以适应RT－Thread，因此建议不采用自动生成文件，导入自己编写的启动代码。

修改启动文件start＿rvds.s，主要是修改对中断请求（Interr upt Request，IRQ）代码的处理，由 RTThread操作系统截获，重新实现。实现代码如下：IRQ＿Handler PROC

图1 RT－Thread 1.0.0版本的目录结构

rt＿h w＿context＿s witch＿interr upt＿do为中断结束后实现上下文切换的函数。在启动代码中，还要对目标板进行看门狗初始化，关闭系统中断，配置芯片时钟、内存映射方式等。

上下文切换文件context＿r vds.s，由于ARM体系结构的相似性，基本不用修改。

trap.c文件与ARM体系结构的中断模式有关，但是需要重新实现的只有rt＿hw＿trap＿irq函数。该函数用于判断IRQ来自芯片的何种外设。通过总的中断向量寄存器获取当前中断向量，并跳转到相应的中断服务程序，具体实现如下所示。对于不同芯片这里的实现略有不同。

修改interr upt.c文件，根据不同的芯片类型对于中断管理略有不同。需要实现的函数如下：rt＿h w＿interrupt＿handle，默认的IRQ处理函数，一般可以只输出一些提示信息，如点灯或者串口打印等；rt＿hw＿interr upt＿init，中断初始化函数；rt＿h w＿interr upt＿mask，中断屏蔽函数，参数为中断号；rt＿h w＿interr upt＿u mask，中断禁止屏蔽函数，参数同为中断号；rt＿hw＿interrupt＿install，中断服务程序安装函数，将中断服务程序安装到对应的中断向量上。

cpu.c文件，主要是CPU复位函数和关闭函数，可以根据LPC2378芯片手册修改，也可不修改，直接为空函数。

stack.c文件，“手工”设置线程的初始栈，使调度器明确切换线程的入口地址和参数地址。同样，由于ARM体系结构的相似性，基本不用修改。

最后是操作系统心跳时钟的移植。操作系统心跳时钟以及相关硬件的初始化工作在BSP包中实现，其内容就是初始化1个硬件定时器并启动它，同时编写好定时器中断服务程序，在中断服务程序中调用rt＿tick＿increase函数，告知操作系统内核心跳了1次。

3 RT－Thread的设备驱动框架

完成操作系统内核移植后，更重要的工作就是编写与目标板对应的设备驱动程序。RT－Thread与Vx－Works一样，在设备驱动程序和上层应用之间提供了1个中间层，用于管理I／O类设备，称为I／O设备管理模块。

I／O管理模块实现了对设备驱动程序的封装，设备驱动程序的实现与I／O管理模块独立，提高了模块的可移植性。应用程序通过I／O管理模块提供的标准接口访问底层设备，设备驱动程序的升级不会对上层应用产生影响。这种方式降低了代码的复杂性，提高了系统的可靠性。

在RT－Thread中，设备也被认为是1类对象，每个设备对象都是由基对象派生而来，每个具体设备都可以继承其父类对象的属性，并派生出其私有属性。图2为设备对象的继承和派生关系示意图［3］。

图2 设备对象的继承和派生关系示意图

该数据结构就是RT－Thread的设备基对象。实现设备的驱动函数就是实现数据结构中的接口函数的具体化。

1.实现str uct rt＿device中的公共接口函数，以串口设备为例：

rt＿serial＿init函数实现init接口功能，即设备初始化；

rt＿serial＿open函数实现open接口功能，即打开设备；

rt＿serial＿close函数实现close接口功能，即关闭设备；

rt＿serial＿read函数实现read接口功能，即读取设备数据；

rt＿serial＿write函数实现write接口功能，即向设备发送数据；

rt＿serial＿control函数实现contr ol接口功能，即设置设备参数。

所有函数不一定都要实现，比如rt＿serial＿close，可以只是1个空函数，返回rt＿err＿t类型数据即可。

2.根据自己的具体设备对象定义设备数据类型中的私有数据，用于特定的需要。

3.扩展设备对象。

1）利用str uct rt＿device作为父类，增加属性进行派生，如以串口设备为例：

2）定义自己的数据类型，将str uct rt＿device中的void＊private指向该数据类型。

4.利用rt＿device＿register函数将设备注册到RT－Thread的设备框架中。

5.对于需要使用中断等异步方式的设备驱动，还需要编写相应中断服务程序。在init接口函数中挂接相应的中断向量。

4 RT－Thread应用程序的编写

RT－Thread最开始由main函数调用rtthread＿startup函数，完成对目标板的中断向量初始化、心跳时钟定时器的初始化、系统内核的初始化、相关组件的初始化、外围设备的初始化、调用用户接口函数和空闲任务的初始化等。在rt＿system＿scheduler＿start函数开始任务调度以前，用户必须确认操作系统至少建立1个除idle任务以外的任务才能保证内核的顺利调度，无论这个任务是系统自身组件的任务（如tshell），还是用户自己的任务。在用户接口函数rt＿application＿init中，用户可以根据需要创建自己的应用程序。

5 测试及结论

完成了RT－Thread在LPC2378芯片的移植之后，编写了1个CAN－Et her net网关的多任务应用程序，一方面可以进行RT－Thread移植后的稳定测试；另一方面也为RT－Thread在产品化方面做研究。图3显示了串口终端输出的内容，通过Fin SH Shell指令，可以观察内核的运行情况和各个任务的运行信息。通过程序的测试，表明RT－Thread已能在LPC2378芯片稳定运行。

图3 RT－Thread CAN－以太网网关多任务程序串口输出

6 结 语

嵌入式实时操作系统RT－Thread与其他国外成熟的操作系统相比，还是1个新系统。但是随着中国开源社区的发展，越来越多的开发人员参与到RT－Thread的更新维护中，越来越多的企业公司选择RTThread作为操作系统平台，这必将推动RT－Thread在国内稳定、持续的发展，对于企业和RT－Thread开源社区都将形成双赢的局面。同时，将RT－Thread移植到LPC2378芯片，可以为RT－Thread和LPC2378的产品设计开发起到抛砖引玉的作用。

［1］ 朱传宏，张丽全.嵌入式实时操作系统RT－Thread在SEP4020上的移植［J］.计算机与数字工程，2010（11）：93－96.

［2］ 邱炜.嵌入式实时操作系统RT＿thread的设计与实现［D］.西安：西安电子科技大学，2007.

［3］ 杜春雷.ARM体系结构与编程［M］.北京：清华大学出版社，2003.

［4］ 马忠梅，马广云，徐英慧，等.ARM嵌入式处理器结构与应用基础［M］.北京：航空航天大学出版社，2002.