OpenHarmony轻量设备Hi3861芯片开发板启动流程分析
OpenHarmony轻量设备Hi3861芯片开发板启动流程分析
引言
OpenHarmony作为一款万物互联的操作系统，覆盖了从嵌入式实时物联网操作系统到移动操作系统的全覆盖，其中内核包括LiteOS-M,LiteOS-A和Linux。LiteOS-M内核是面向IoT领域构建的轻量级物联网操作系统内核，主要面向没有MMU的处理器，架构如图1-1所示。
图1-1 LiteOS-M架构图
Hi3861是一款高度集成的2.4GHz SoC WiFi芯片，采用高性能 32bit 微处理器，最大工作频率 160MHz，内嵌 SRAM 352KB、ROM 288KB、Flash 2MB。目前市面上的采用LiteOS-M的OpenHarmony开发板厂商有深开鸿、润和软件、小熊派，因为海思的SDK是以库文件的形式提供的，所以不同的Hi3861芯片开发板启动流程是一样的。
Hi3861 Boot介绍
Boot是操作系统启动之前的软件，通用叫法是bootloader，Hi3861的boot分为4部分：RomBoot、FlashBoot、LoaderBoot。
CommonBoot，如图2-1所示。
图2-1 Hi3861 Boot启动流程
● RomBoot功能包括：加载LoaderBoot到RAM，进一步利用LoaderBoot下载镜像到Flash、烧写 EFUSE， 校验并引导FlashBoot。FlashBoot分为AB面，A面校验成功直接启动，校验失败会去校验B面，B面校验成功会修复A面再引导启动，否则复位重启。
● FlashBoot功能包括：升级固件，校验并引导固件。
● LoaderBoot功能包括：下载镜像到Flash， 烧写EFUSE（例如：安全启动/Flash加密相关密钥等）。
● CommonBoot为Flashboot与LoaderBoot共用的功能模块。
相关文件介绍
Hi3861的LiteOS-M代码是SDK中以库文件的形式提供的，虽然我们无法看到源代码，但这不代表我们分析不了启动流程，我们可以从分析map文件和asm这两个文件入手。这两个文件都是编译链接工具生成的，其中asm文件是汇编程序源文件，可以查看函数之间的调用关系，map文件里包括全局符号、函数地址及占用的空间和位置。map和asm文件主要作用是当开发板崩溃时用于分析其崩溃的原因，我们分析函数跳转关系时并不需要知道太多汇编，只需要知道基本的跳转语句和赋值语句即可，这两个文件位于out目录下和操作系统固件平级的目录，如图3-1。
图3-1 Hi3861 asm和map文件位置图
一个编译完成的固件通常有以下几部分：
1) RO段包括只读代码段(code段/.text段)和常量段(RO Data段/.constdata段)。
2) RW段(.data段)指已被初始化成非0值的变量段。
3) ZI段(.bss段)指未被初始化或初始化为0的变量段。
我们源代码的函数和字符串常量都位于text段。
LiteOS-M启动流程介绍
1) 嵌入式处理器和操作系统都具有类似的结构启动流程也大体相似，从芯片上电开始Boot把控制权交给操作系统，Hi3861从Boot跳转到操作系统代码如下：
这部分是将该地址当函数作为跳转，因为FlashBoot和kernel，是两套代码程序，他们之间没有依赖引用关系，但是他们在一个地址空间，所以直接地址跳转，这也是从Boot到kernel通用的跳转方式。
2) 芯片启动是从中断向量表的复位中断处理程序开始，接着把数据从Flash复制到RAM、清空bss数据段、初始化时钟、跳转到main函数。我们通过查看asm文件的main函数，可以看出其中调用的函数如图4-1所示，从图4-1 我们可得知调用的函数包括设置串口、校验版本号、配置板子、Kernel初始化、应用初始化和操作系统的调度运转，其中main函数位于liblitekernel_flash.a(main.o)文件中。
图4-1 main函数调用关系
LOS_KernelInit是负责初始化内核数据结构的，如图4-2所示，主要函数有OsMemSystemInit(内存初始化)、OsHwiInit(中断初始化)、OsTaskInit(任务初始化) ，这些过程主要目的是把内核相关的变量初始化，准备好全局信息，方便API函数去调用，API函数调用必须在这些初始化完成后才可以。
3) 从AppInit开始脱离了sdk，可以看到源代码了，AppInit函数位于libwifiiot_app.a(app_main.o)中，部分截图如图4-3，源代码为app_main.c,其中调用的函数包括获取sdk版本号，外设初始化，ipc初始化，flash分区，WiFi初始化，tcp/ip初始化，然后跳转到了OpenHarmony特有的函数OHOS_Main。
OHOS_Main位于libwifiiot_app.a(ohos_main.o)中，源代码为ohos_main.c,主要完成OpenHarmony系统相关和用户应用相关的调用，里边主要函数是OHOS_SystemInit，如图4-4，在其中调用了用户自己写的应用任务相关代码，如图4-5，从而实现了在LOS_start之前把任务列表填好，这样才能保证用户任务或定时等功能参与了系统调度。
图4-2 LOS_KernelInit函数调用关系
图4-3 app_main函数调用关系
图4-4 OHOS_Main函数调用关系
图4-5 OHOS_SystemInit函数调用关系
用户应用的启动原理
1) 在图4-5中出现的函数MODULE_INIT(run),就是调用最终调用用户程序的代码。
这是个宏定义，展开的调用关系 ：\base\startup\bootstrap_lite\services\source\core_main.h定义，从MODULE_CALL、MODULE_BEGIN 、MODULE_END，最终调用的地址是__zinitcall_##name##_start，MODULE_INIT(run)调用的函数地址是__zinitcall_run_start。
通过查看链接文件得出__zinitcall_run_start包含.zinitcall.run0.init)，如图5-1所示。
图5-1 __zinitcall_run_start链接关系
查看map文件发现我们自己的应用程序文件就在.zinitcall.run2.init中，如图5-2所示。
图5-2 led_exapmle文件在map中的位置
2) 从运行角度看启动中调用到了应用程序led_exapmle，所谓位置为.zinitcall.run2.init，但我们在应用程序中的关联函数是SYS_RUN(LedExampleEntry)，SYS_RUN的展开关系如图5-3所示，最终即是 zinitcall.run2.init，和程序运行时候的调用匹配在一起了。应用程序的调用关系就是编译链接阶段生成指定的段，初始化时调用指定段，这样实现了LiteOS-M的操作系统代码与应用程序代码的解耦。
图5-3 SYS_RUN的展开关系
总结
本文向大家讲述了在没有部分源代码的情况下，如何通过对map文件和asm文件的分析从而得出Hi3861芯片开发板LiteOS-M的启动流程。总体过程就是最小硬件系统的配置完成后，LOS_KernelInit负责初始化系统到一个合适的状态，AppInit调用OpenHarmony和应用相关代码，最后LOS_Start负责把操作系统运转起来。
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