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开源鸿蒙轻量系统源码分析

作者	将狼才鲸
日期	2024-03-28

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一、前言

• 之前单独的LiteOS是通过Makefile编译的，当前的开源鸿蒙LiteOS-M和LiteOS-A是通过gn和ninja编译的。

• Gitee官方只介绍了LiteOS-M的gn + ninja编译的流程，针对M3使用Keil编译的流程可能要参考社区代码

  • harmonyos_next / stm32f103_simulator_keil
  • OpenHarmony / kernel_liteos_m
  • 使用Keil编译ARM Cortex-M3时，只需要kernel_liteos_m仓库和Keil工程仓库，不需要全量的OpenHarmony代码

• 由此可知，开源鸿蒙轻量系统只是简单的由LiteOS-M内核 + 一些芯片厂商的驱动组成

• LiteOS-M 编码规范

  • OpenHarmony轻内核编码规范
  • OpenHarmony C语言编程规范

• 开发板移植流程

  • 轻量系统STM32F407芯片移植案例
    • 确定主频、选定默认打印输出的串口、printf标准输入输出重定向到默认串口、指定内存范围给内核、提供定时器给内核
  • 移植芯片内核架构的流程
  • LiteOS-M内核BUILD.gn编写指南

二、源码分析

• 源码下载：OpenHarmony / kernel_liteos_m
  • 代码总量只有8M，代码量和uC/OS这类操作系统类似，因为代码量不多，因此一个人也是能分析完的；uC/OS虽然是开源、个人免费，但是商用是要收费的，所以ARM Cortex-M之类的芯片使用LiteOS-M或者RT-Thread这类操作系统还是蛮划算的，需要技术支持的话也可以找相关公司进行付费咨询。
  • 代码结构如下：

jim@DESKTOP-SVP3BEM MINGW64 /d/1_git/openHarmony/kernel/liteos_m (master)
$ tree .
.
|-- BUILD.gn	/* 老版本的LiteOS使用Makefile编译，新版本还可以用gn + ninja */
|-- Kconfig
|-- Makefile
|-- arch		/* 硬件相关的代码，按内核IP公司 - IP系列进行区分 */
|   |-- BUILD.gn
|   |-- Kconfig
|   |-- arm
|   |   |-- BUILD.gn
|   |   |-- Kconfig
|   |   |-- arm9
|   |   |   .......
|   |   |-- common	/* 相同芯片内核IP公司通用的函数和接口 */
|   |   |   |-- BUILD.gn
|   |   |   |-- los_common_interrupt.c
|   |   |   `-- los_common_interrupt.h
|   |   |-- cortex-m3	/* M3只支持Keil编译，之后的版本如M4、Cortex-A则是在Linux + gcc下编译 */
|   |   |   `-- keil	/* 操作系统底层相关的支持，也是操作系统移植的重点 */
|   |   |       |-- los_arch_atomic.h
|   |   |       |-- los_arch_context.h
|   |   |       |-- los_arch_interrupt.h
|   |   |       |-- los_arch_timer.h
|   |   |       |-- los_atomic.S
|   |   |       |-- los_context.c
|   |   |       |-- los_dispatch.S
|   |   |       |-- los_exc.S
|   |   |       |-- los_interrupt.c
|   |   |       |-- los_startup.s	/* 芯片上电后执行的第二行代码，芯片上电后的第一行代码一般都融合进了编译器中，由芯片原厂实现，写代码时看不到 */
|   |   |       `-- los_timer.c		/* 需要给操作系统的定时器接口，用于时间片轮转 */
|   |   |-- cortex-m33
|   |   |   ......
|   |   |-- cortex-m4
|   |   |   .......
|   |   |-- cortex-m55
|   |   |   .......
|   |   |-- cortex-m7
|   |   |   .......
|   |-- csky
|   |   .......
|   |-- include		/* 所有芯片对操作系统暴露出的统一接口 */
|   |   |-- los_arch.h
|   |   |-- los_atomic.h
|   |   |-- los_context.h
|   |   |-- los_interrupt.h
|   |   |-- los_mpu.h
|   |   `-- los_timer.h
|   |-- risc-v
|   |   ......
|   `-- xtensa
|       ......
|	/* arch结构和Linux源码类似，一组类似的模块会暴露出统一的接口放在.h中，而.c的实现会分散到各处的不同模块，这和普通裸机代码中.c和.h在一起的结构不一样 */
|-- bundle.json
|-- components	/* 支持的插件，可选 */
|   |-- BUILD.gn
|   |-- backtrace
|   |   |-- BUILD.gn
|   |   |-- los_backtrace.c
|   |   `-- los_backtrace.h
|   |-- cppsupport	/* 是否支持C++ */
|   |   |-- BUILD.gn
|   |   |-- los_cppsupport.c
|   |   `-- los_cppsupport.h
|   |-- cpup
|   |   |-- BUILD.gn
|   |   |-- los_cpup.c
|   |   `-- los_cpup.h
|   |-- debugtools
|   |   |-- BUILD.gn
|   |   |-- los_debugtools.h
|   |   |-- los_hwidump.c
|   |   |-- los_schedtrace.c
|   |   `-- los_stackdump.c
|   |-- dynlink
|   |   |-- BUILD.gn
|   |   |-- los_dynlink.c
|   |   |-- los_dynlink.h
|   |   `-- script
|   |       `-- so_parse
|   |-- exchook
|   |   |-- BUILD.gn
|   |   |-- los_exc_info.c
|   |   |-- los_exc_info.h
|   |   |-- los_exchook.c
|   |   `-- los_exchook.h
|   |-- fs	/* 操作系统的四大模块之一：文件系统 */
|   |   |-- BUILD.gn
|   |   |-- Kconfig
|   |   |-- fatfs	/* FAT32最常用，可以用于U盘、Flash、网盘等 */
|   |   |   |-- BUILD.gn
|   |   |   |-- Kconfig
|   |   |   |-- fatfs.c
|   |   |   |-- fatfs.h
|   |   |   `-- fatfs_conf.h
|   |   |-- littlefs
|   |   |   ......
|   |   `-- vfs
|   |       ......
|   |-- iar_tls
|   |   |-- los_iar_tls.c
|   |   `-- los_iar_tls.h
|   |-- lmk
|   |   |-- BUILD.gn
|   |   |-- los_lmk.c
|   |   `-- los_lmk.h
|   |-- lms
|   |   |-- BUILD.gn
|   |   |-- Kconfig
|   |   |-- lms_libc.c
|   |   |-- los_lms.c
|   |   |-- los_lms.h
|   |   `-- los_lms_pri.h
|   |-- net		/* 操作系统的第五大功能：通信/网络通信 */
|   |   |-- BUILD.gn
|   |   |-- lwip-2.1	/* 像网络、U盘之类的大型通信类驱动代码会很多，有时甚至会比操作系统本身的代码量还多 */
|   |   |   |-- BUILD.gn
|   |   |   |-- enhancement
|   |   |   |   `-- src
|   |   |   |       |-- fixme.c
|   |   |   |       `-- lwip_ifaddrs.c
|   |   |   |-- lwip_porting.gni
|   |   |   `-- porting
|   |   |       |-- include
|   |   |       |   |-- arch
|   |   |       |   |   |-- cc.h
|   |   |       |   |   |-- perf.h
|   |   |       |   |   `-- sys_arch.h
|   |   |       |   |-- lwip
|   |   |       |   |   |-- api_shell.h
|   |   |       |   |   |-- dhcp.h
|   |   |       |   |   |-- inet.h
|   |   |       |   |   |-- lwipopts.h
|   |   |       |   |   |-- netdb.h
|   |   |       |   |   |-- netif.h
|   |   |       |   |   |-- netifapi.h
|   |   |       |   |   `-- sockets.h
|   |   |       |   `-- lwipopts.h
|   |   |       `-- src
|   |   |           |-- api_shell.c
|   |   |           |-- driverif.c
|   |   |           |-- lwip_init.c
|   |   |           |-- netdb_porting.c
|   |   |           |-- sockets_porting.c
|   |   |           `-- sys_arch.c
|   |   `-- test
|   |       ......
|   |-- power	/* 低功耗模块 */
|   |   |-- BUILD.gn
|   |   |-- los_pm.c
|   |   `-- los_pm.h
|   |-- security	/* 权限管理模块 */
|   |   |-- BUILD.gn
|   |   |-- box
|   |   |   |-- BUILD.gn
|   |   |   |-- los_box.c
|   |   |   `-- los_box.h
|   |   |-- syscall
|   |   |   |-- BUILD.gn
|   |   |   |-- los_syscall.c
|   |   |   |-- los_syscall.h
|   |   |   |-- pthread_syscall.c
|   |   |   `-- syscall_lookup.h
|   |   `-- userlib
|   |       `-- BUILD.gn
|   |-- shell	/* 命令行 */
|   |   |-- BUILD.gn
|   |   |-- Kconfig
|   |   |-- include
|   |   |   |-- shcmd.h
|   |   |   |-- shcmdparse.h
|   |   |   |-- shell.h
|   |   |   |-- shmsg.h
|   |   |   `-- show.h
|   |   `-- src
|   |       |-- base
|   |       |   |-- shcmd.c
|   |       |   |-- shcmdparse.c
|   |       |   |-- shmsg.c
|   |       |   `-- show.c
|   |       `-- cmds
|   |           |-- date_shell.c
|   |           |-- fullpath.c
|   |           |-- mempt_shellcmd.c
|   |           |-- shell_shellcmd.c
|   |           |-- task_shellcmd.c
|   |           `-- vfs_shellcmd.c
|   |-- signal
|   |   |-- BUILD.gn
|   |   |-- Kconfig
|   |   |-- los_signal.c
|   |   `-- los_signal.h
|   `-- trace	/* 调试程序用 */
|       ......
|-- config.gni
|-- config_iccarm.gni
|-- drivers		/* 操作系统四大模块之二：设备管理 */
|   `-- Kconfig
|	/* 具体的外设驱动由芯片原厂在上层文件夹的device和vendor文件夹中提供 */
|-- figures		/* 几张介绍本操作系统内核结构的图片 */
|   ......
|-- kal
|   |-- BUILD.gn
|   |-- Kconfig
|   |-- cmsis	/* ARM格式的中间件统一接口 */
|   |   |-- BUILD.gn
|   |   |-- Kconfig
|   |   |-- cmsis_liteos2.c
|   |   |-- cmsis_os.h
|   |   |-- cmsis_os2.h
|   |   |-- hos_cmsis_adp.h
|   |   `-- kal.h
|   |-- libc	/* C语言标准库，其实现一般都是在编译器中，由芯片原厂完成，所以这里只有头文件 */
|   |   |-- BUILD.gn
|   |   |-- Kconfig
|   |   |-- iccarm
|   |   |   `-- BUILD.gn
|   |   |-- musl
|   |   |   `-- BUILD.gn
|   |   `-- newlib
|   |       |-- BUILD.gn
|   |       `-- porting
|   |           |-- include
|   |           |   |-- arpa
|   |           |   |   `-- inet.h
|   |           |   |-- byteswap.h
|   |           |   |-- dirent.h
|   |           |   |-- endian.h
|   |           |   |-- ifaddrs.h
|   |           |   |-- limits.h
|   |           |   |-- malloc.h
|   |           |   |-- mqueue.h
|   |           |   |-- net
|   |           |   |   |-- ethernet.h
|   |           |   |   |-- if.h
|   |           |   |   `-- if_arp.h
|   |           |   |-- netdb.h
|   |           |   |-- netinet
|   |           |   |   |-- if_ether.h
|   |           |   |   |-- in.h
|   |           |   |   |-- ip.h
|   |           |   |   `-- tcp.h
|   |           |   |-- poll.h
|   |           |   |-- semaphore.h
|   |           |   |-- sys
|   |           |   |   |-- _pthreadtypes.h
|   |           |   |   |-- fcntl.h
|   |           |   |   |-- features.h
|   |           |   |   |-- ioctl.h
|   |           |   |   |-- mount.h
|   |           |   |   |-- prctl.h
|   |           |   |   |-- sched.h
|   |           |   |   |-- select.h
|   |           |   |   |-- socket.h
|   |           |   |   |-- statfs.h
|   |           |   |   |-- uio.h
|   |           |   |   `-- un.h
|   |           |   `-- time.h
|   |           `-- src
|   |               |-- hook_adapt.c
|   |               `-- network
|   |                   |-- htonl.c
|   |                   |-- htons.c
|   |                   |-- ntohl.c
|   |                   `-- ntohs.c
|   |-- libsec
|   |   `-- BUILD.gn
|   `-- posix	/* 操作系统给应用暴露出来的通用接口 */
|       |-- BUILD.gn
|       |-- Kconfig
|       |-- include
|       |   |-- libc.h
|       |   |-- pipe_impl.h
|       |   |-- poll_impl.h
|       |   `-- rtc_time_hook.h
|       `-- src
|           |-- errno.c
|           |-- libc.c
|           |-- libc_config.h
|           |-- malloc.c	/* 操作系统的四大模块之三：内存管理 */
|           |-- map_error.c
|           |-- map_error.h
|           |-- mqueue.c
|           |-- mqueue_impl.h
|           |-- pipe.c
|           |-- poll.c
|           |-- pthread.c
|           |-- pthread_attr.c
|           |-- pthread_cond.c
|           |-- pthread_mutex.c
|           |-- semaphore.c
|           |-- signal.c
|           |-- time.c
|           `-- time_internal.h
|-- kernel	/* 操作系统的四大模块之四：进程管理 */
|   |-- BUILD.gn
|   |-- include
|   |   |-- los_config.h
|   |   |-- los_event.h
|   |   |-- los_membox.h
|   |   |-- los_memory.h
|   |   |-- los_mux.h
|   |   |-- los_queue.h
|   |   |-- los_sched.h
|   |   |-- los_sem.h
|   |   |-- los_sortlink.h
|   |   |-- los_swtmr.h
|   |   |-- los_task.h
|   |   `-- los_tick.h
|   `-- src
|       |-- los_event.c
|       |-- los_init.c
|       |-- los_mux.c
|       |-- los_queue.c
|       |-- los_sched.c
|       |-- los_sem.c
|       |-- los_sortlink.c
|       |-- los_swtmr.c
|       |-- los_task.c
|       |-- los_tick.c
|       `-- mm
|           |-- los_membox.c
|           `-- los_memory.c
|-- liteos.gni
|-- testsuites	/* 移植系统后进行自测用的，不用关心 */
|   ......
|-- tools
|   `-- mem_analysis.py
`-- utils|-- BUILD.gn|-- internal|   |-- los_hook_types.h|   `-- los_hook_types_parse.h|-- los_compiler.h|-- los_debug.c|-- los_debug.h	/* 串口调试输出的级别 */|-- los_error.c|-- los_error.h	/* 所有模块都会用的，要返回的错误码 */|-- los_hook.c|-- los_hook.h|-- los_list.h	/* 链表，队列、模块缓存的基础 */`-- los_reg.h198 directories, 1571 files

• 基础的操作系统内核代码里没有太多可借鉴的软件结构，它们都是针对某一项功能而实现一项功能，通用的东西较少，接下来我会从操作系统移植的角度稍微分析一下。