小型多任务操作系统miniOS的实现

http://blog.csdn.net/mr_raptor/article/details/7338051

本实验源码包含三部分：

       miniOS源码：miniOS_xxxx（开发板名）工程目录下。

       miniOS应用程序跑马灯：miniOS_app_led工程目录下。

       miniOS应用程序打印程序：miniOS_app_print工程目录下。

       # miniOS源码：http://download.csdn.net/detail/mr_raptor/4179593

       # 程序下载：http://download.csdn.net/detail/mr_raptor/4382941

       操作步骤：

（1）在ADS下编译miniOS_xxxx工程，选择Norflash启动，然后通过H-Jtag将minios_org.bin烧写到Norflash中0地址处。

（2）编译应用程序miniOS_app_led和miniOS_app_print，选择Norflash启动，通过H-Jtag将miniOS_app_print.bin烧写到0x10000地址处，将miniOS_app_led.bin烧写0x20000地址处。

（3）启动开发板，可以看到miniOS启动信息。miniOS最多同时支持62个进程执行（在2440开发板64M内存上），miniOS启动完毕之后，默认只有系统内核进程在执行，可以通过按K1键，新创建进程，最多创建62个，按K2键，随机杀死一个进程，按K6键可以启动跑马灯进程。

（4）如果读者想写一个程序，让miniOS启动它，则根据编写规则，编写程序，如果需要系统调用，还要自己实现系统调用接口。

分析miniOS代码分为下面章节：

1. miniOS内存分布

2. 重要头文件说明

3. 启动代码分析

4. MMU与内存保护的实现

5. 内核定时器与中断处理

6. CPU模式切换

7. 进程调度与上下文切换技术

8. 软件中断与系统调用

9. 系统调试、优化及可改进地方

下面来看下第1节：

miniOS V2.0内存分布图：

Linux内核中内核地址空间分为：

• 直接内存映射区（Direct Memory Region）即：低端物理内存
• 动态内存映射区（VMalloc Region）即：高端物理内存
• 其它映射区

miniOS里，虚拟地址空间分为两大部分：

• 用户程序空间：0x0 ~ 0x80000000
• 内核管理空间：0x80000000 ~ 0xC0000000

>> 用户程序空间每个进程使用其中的32M虚拟地址空间，其空间地址和其PID有如下关系：

             PID * 32M = PID的进程空间

其中，0~32M空间为0号进程空间，其实是当前正在运行的地址空间。

之所以这么设计，是因为ARM CPU在开启了MMU之后，将低于32M的地址作为进程内空间，当地址高于32M时，MMU会将其进行地址转换，具体内容，请参考：MMU与内存管理章节。

每个进程空间为32M，将来进行进程切换时，只需要按照上面定义的关系，线性偏移即可，减少进程切换时的复杂度。

每个进程的实际物理内存空间为1M，也就是说每个进程只有1M的物理地址空间，当用户程序超过1M时，程序不能运行（当然还没有超过1M的程序），它们的映射关系如下所示：

    0x30000000 ~ 0x34000000    ----> 0x0 ~ 0x80000000

>> 内核管理地址空间又可以细分为以下几个部分：

• 物理内存完全映射区：0x80000000 ~ 0x84000000
• 外设寄存器地址映射区：0x98000000 ~ 0xB0000000
• 启动ROM映射区：0xC0100000 ~ 0xC0000000

>> 物理内存完全映射区，主要用于管理进程实际地址空间，它其实是0x30000000 ~ 0x80000000的一个线性偏移地址（0x50000000），当我们需要在内核空间里操作用户空间时，使用该完整映射区，非常方便操作，比如：加载程序到进程空间时，只需通过简单的计算即可知道其虚拟地址。

    例如：启动5号进程时，其物理地址放在0x30000000开始的第5M空间里，那么其虚拟地址为0x30000000 + 5M + 0x50000000（偏移地址）。

>> 外设寄存器地址映射区，用来操作外设寄存器，当使用到外设寄存器时，可以通过简单的加减运算可以得到其虚拟地址。

>> 启动ROM映射区，用来映射NOR FLASH。

物理内存空间结构：

由上图可知，0号进程物理空间里（0x30000000 ~ 0x30100000），其实除了存放os代码外，还有其它的用途。

• 页表放到了内存地址0x30000000处
• OS代码放到了0x300F0000，该地址是故意而为之

最开始的1MB物理内存地址0x30000000~0x30100000为0号内核进程地址空间，其实就是OS代码区和内核栈区及页表区。

由于OS代码放到了物理内存0x300F0000处，其被映射到虚拟地址0x800F0000处，所以ADS里设置的OS代码的运行地址为0x800F0000