T-Kernel在Blackfin处理器上的移植分析

1 概述

在嵌入式RTOS（Real Time Operating System）领域，日本T-Engine组织推出的T-Kernel以其开源免费，小体积强实时性内核，统一的接口规范等特点显出了优势；ADI. Blackfin系列处理器在嵌入式控制和数字信号处理领域应用非常广泛，同时结合了MCU（Micro Controller Unit）和DSP特点，非常适合于运行RTOS系统。

本文分析T-Kernel内核调度原理和Blackfin处理器内核结构，归纳了T-Kernel在Blackfin处理器BF533系统移植过程中的三个主要问题：中断管理，任务切换和系统调用入口三个模块的实现方法，并讨论了系统稳定性和实时性的测试以保证系统的稳定性和实时性。

2 T-Kernel概述

2.1 T-Kernel的系统结构

图1 T-Kernel的位置

T-Kernel的系统结构如图1所示，各功能模块是以子系统（subsystem）的形式存在的，如设备管理模块。

T-Kernel的内核是系统默认的子系统，它为应用层提供系统服务（SVC）接口，同时管理着其他子系统。子系统为应用层提供扩展服务（Extended SVC）调用接口。系统中各子系统运行在相互独立的地址空间中，保证了系统的模块化，易于扩充和裁减。

2.2 T-Kernel的系统状态和任务调度

T-Kernel规范[1]中对系统状态做了明确的划分和定义，移植相关的状态有：（1）任务态 (Task Portion)，指系统运行在应用层最高优先级的就绪任务中；（2）任务无关态 (Task Independent Portion)，指系统的中断和异常处理过程。任务无关态具有最高的执行优先权，可以中断其它状态的执行。

T-Kernel内核采用了基于优先级的可抢先调度策略，优先级相同的任务采用先进先出的时间片轮转调度，允许任务动态更改优先级。

T-Kernel的任务调度和切换是分离的过程。内核中维护着按照优先级排列的就绪任务TCB（Task Control Block）指针链表队列。全局指针ctxtsk指向当前运行任务的TCB。有更高优先级任务就绪时，全局指针schedtsk指向其TCB，此为任务调度过程；任务调度发生后，必须在条件满足时，系统触发软中断异常进行任务切换，将ctxtsk更新为schedtsk，程序转入新任务运行。

3 Blackfin处理器概述

Blakcfin处理器内核包含双算术处理单元的DSP引擎，执行RISK指令集，结合了优异的数字信号处理功能和完善的控制功能。.

Blackfin内核相关的寄存器除了堆栈和返回地址寄存器：SP（Stack Pointer），FP（Frame Pointer），RETS（Subroutine Return Address Register），RETI（Interrupt Return Address Register），通用数据寄存器R0~R7，通用地址寄存器P0~P7，还包含数字信号处理相关寄存器 L0~L3，LB0~LB1，LC0~LC1，LT0~LT1，ASTAT，A0~A1,I0~I3, B0~B3,M0~M3. 在任务切换和中断前后处理中，需要进行寄存器保存恢复及相应的设置[2]。

Blackfin处理器内核支持15个优先级的中断。ILAT寄存器显示当前触发的中断；IMASK寄存器控制各优先级中断的使能和禁止；IPEND寄存器显示当前执行的中断，其第4位IPEND[4]是全局中断的使能和禁止位。T-Kernel运行在第15级(最低)中断处理程序中，这样系统运行于Supervisor Mode，可以获得对处理器操作的最大权限[2]。

T-Kernel系统运行在ADSP-BF533 EZ-KIT LITE开发板，开发环境是ADI VisualDSP++4.5 Environment.