NuttX操作系統(tǒng)

NuttX是免費(fèi)的開源RTOS，專注于標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性和小尺寸。NuttX的基本版本可以在低成本和低內(nèi)存微控制器（MCU）上運(yùn)行。

由于NuttX是一個(gè)POSIX RTOS，你可以在POSIX操作系統(tǒng)（如Linux或MacOS）中編寫一個(gè)應(yīng)用程序，并對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證和編譯以在NuttX上運(yùn)行，而無(wú)需學(xué)習(xí)新的API。

NuttX也有許多與Linux并行的子系統(tǒng)。幾個(gè)示例包括虛擬文件系統(tǒng) （VFS）、內(nèi)存技術(shù)設(shè)備 （MTD）、音頻子系統(tǒng)和支持 USB 復(fù)合的 USB 系統(tǒng)。一些主要功能包括：

模塊 化

微內(nèi)核

完全搶占

自然可擴(kuò)展

高度可配置

可輕松擴(kuò)展到新的處理器架構(gòu)

實(shí)時(shí)

確定性

支持優(yōu)先級(jí)繼承

極火?芯片芯片

Linux 操作系統(tǒng) （OS） 的靈活性和實(shí)時(shí)系統(tǒng)控制硬件的確定性是安全關(guān)鍵系統(tǒng)、系統(tǒng)控制和安全應(yīng)用的關(guān)鍵。盡管典型的對(duì)稱多處理 （SMP） 實(shí)現(xiàn)提供了靈活性，但它們對(duì)于確定性性能并不理想。

PolarFire SoC FPGA 支持確定性非對(duì)稱多處理 （AMP） Linux 應(yīng)用和與內(nèi)存子系統(tǒng)兼容的多核 Linux 處理器。這支持在單個(gè)多核中央處理器單元集群中混合使用確定性實(shí)時(shí)系統(tǒng)和 Linux 操作系統(tǒng)，該集群可以在運(yùn)行 Linux 操作系統(tǒng)的同時(shí)以最高性能運(yùn)行實(shí)時(shí)應(yīng)用程序。也就是說(shuō)，此解決方案提供了一個(gè)不完全確定的高性能系統(tǒng)。

PolarFire SoC FPGA 中的 NuttX

使用AMP模式，我們現(xiàn)在能夠在PolarFire SoC FPGA中同時(shí)運(yùn)行NuttX RTOS和Linux，這有助于將NuttX和Linux的優(yōu)勢(shì)整合到一個(gè)系統(tǒng)中。

NuttX RTOS在航空無(wú)人機(jī)行業(yè)非常受歡迎;它還用于各種應(yīng)用，例如智能手機(jī)和錄音機(jī)。

無(wú)人機(jī)對(duì)PX4自動(dòng)駕駛軟件的需求不斷增長(zhǎng)，Microchip的PolarFire SoC FPGA的電源效率使得在PolarFire SoC FPGA上實(shí)現(xiàn)NuttX端口非常相關(guān)和必要。

阿聯(lián)酋阿布扎比技術(shù)創(chuàng)新研究所（TII）的安全系統(tǒng)研究中心（SSRC）擁有并領(lǐng)導(dǎo)了該集成項(xiàng)目。SSRC首先將基本端口分包給Offcode，Offcode是為該項(xiàng)目提供基本編碼服務(wù)的Mi-V生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴。這要?dú)w功于公共RISC-V標(biāo)準(zhǔn)，開源代碼，強(qiáng)大的硬件，現(xiàn)有的工具鏈以及有價(jià)值的供應(yīng)商工具，如SoftConsole和Libero? SoC設(shè)計(jì)套件。NuttX組織良好，進(jìn)一步提升了移植任務(wù)本身。

SSRC進(jìn)一步定義了NuttX工作所需的驅(qū)動(dòng)程序和功能，并在NuttX實(shí)施之前測(cè)試了PX4功能和環(huán)境。該中心與開源社區(qū)密切合作，上游內(nèi)容。SSRC的工程師也為上游NuttX內(nèi)核的開發(fā)做出了貢獻(xiàn)。

SSRC對(duì)內(nèi)核開發(fā)的主要貢獻(xiàn)包括：

RISC-V Sv39 MMU 驅(qū)動(dòng)程序

在S模式下運(yùn)行NuttX的配置選項(xiàng)

RISC-V PMP功能改進(jìn)

支持CONFIG_BUILD_PROTECTED和CONFIG_BUILD_KERNEL

用于地址環(huán)境和頁(yè)面分配器的RISC-V實(shí)現(xiàn)

NuttX CONFIG_BUILD_KERNEL任務(wù)環(huán)境初始化、elf 加載器、Crt0 編譯和進(jìn)程退出的更正

用于 SBI 集成的膠水邏輯

初始端口的詳細(xì)信息可在此 GitHub 社區(qū)中找到。

大多數(shù)代碼位于以下文件夾中：

arch/risc-v/src/mpfs/

板/RISC-V/MPFS/冰柱/

程序集文件mpfs_head。S 位于 arch/risc-v/src/mpfs -directory 下，包含代碼執(zhí)行的起點(diǎn)。安裝機(jī)器陷阱-矢量基址寄存器（mtvec）也是其中的主要步驟。它指向所有中斷和異常的陷阱處理程序。

Microchip有一個(gè)名為Hart軟件系統(tǒng)（HSS）的引導(dǎo)加載程序。它包含 DDR 內(nèi)存訓(xùn)練序列和其他硬件塊初始化，在處理任何內(nèi)存訪問(wèn)之前必須到位。因此，HSS最初用于加快移植速度。

后來(lái)，所有必需的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和功能也被整合到NuttX中。截至 2022 年 <> 月，NuttX 還可以作為支持 OpenSBI 的引導(dǎo)加載程序。這意味著基于 NuttX 的引導(dǎo)加載程序可以在其他 harts 上啟動(dòng) U-boot 和 Linux。

現(xiàn)在，PolarFire Icicle套件支持NuttX的以下外圍驅(qū)動(dòng)程序：

串行端口

EMMC/SD （DMA 支持

以太網(wǎng)

通用信息總組織

I2C

SPI

USB（復(fù)合 CDC/ACM 和大容量存儲(chǔ)）

脈寬調(diào)制

DMA（內(nèi)存到內(nèi)存）

除了外圍驅(qū)動(dòng)程序外，它還具有所有必要的時(shí)鐘設(shè)置，計(jì)時(shí)器，DDR培訓(xùn)，OpenSBI支持，通過(guò)哈特間通信（IHC）的RPMSG和其他一些功能。

AMP將Linux內(nèi)核和NuttX粘合在一起。此功能是通過(guò)遠(yuǎn)程處理器消息傳遞 （RPMSG） 構(gòu)建的。如果一個(gè)操作系統(tǒng)使用網(wǎng)絡(luò)硬件，則另一個(gè)操作系統(tǒng)不會(huì)通過(guò)同時(shí)初始化和使用硬件來(lái)沖突。不過(guò)，可以做的是通過(guò)RPMSG框架使用該接口。但是，出于任何原因，消息可能會(huì)在不同的操作系統(tǒng)之間共享。

2022 年 <> 月，一個(gè)補(bǔ)丁被合并到 NuttX 中，該補(bǔ)丁支持兩個(gè)不同的 NuttX 操作系統(tǒng)通過(guò)自己的 RPMSG 路徑與 Linux 內(nèi)核進(jìn)行通信。當(dāng)然，這也需要一些小的 Linux 內(nèi)核修改。測(cè)試的設(shè)置具有以下 hart 設(shè)置：

哈特0：NuttX引導(dǎo)加載程序

Hart1：NuttX OS（獨(dú)立），使用 RPMSG 通道 1

Hart2：NuttX OS（獨(dú)立），使用 RPMSG 通道 2

Hart3：Linux 內(nèi)核

Hart4：Linux 內(nèi)核

Linux 內(nèi)核與 harts 1 和 2 上的兩個(gè) NuttX 進(jìn)行通信。如果需要編寫任何實(shí)時(shí)車輛、無(wú)人機(jī)或任何時(shí)間關(guān)鍵型任務(wù)，我們建議考慮使用 NuttX 作為選項(xiàng)。

我們強(qiáng)烈推薦NuttX操作系統(tǒng)。

考慮一下將時(shí)間關(guān)鍵層合并到 NuttX 中，同時(shí)保持對(duì) Linux 的良好關(guān)注是否對(duì)您來(lái)說(shuō)是一個(gè)可行的選擇。

審核編輯：郭婷