Contiki学习笔记：Contiki内核移植

摘要：

    本文详细记录了Contiki内核在IAR+MSP430下移植步骤，遇到的问题，分析解决，最后附上工程源码。

前言

    分析了Contiki有一段时间了，但本人还没真正移植过。之前是我们项目组一哥们移植好了(IAR+ARM)，我在调试Contiki文件系统Coffee遇到了难题，于是就想在MSP430平台上调试，理由是MSP430硬件比较简单。最近，CU网友kangerbiao45d已经把Contiki移到IAR+Telosb，给了我莫大鼓舞(感谢他)。我手头有MSP430-169LCD，于是下决心移植Contiki到IAR+MSP430-169LCD。终于跑通了，遂将过程详细记录，以供分享。

    官方的Contiki源码是在Linux开发环境进行的，移植到IAR，首要解决的就是GCC与IAR之间的差异，包括：

    (1)GCC是用Makefile来管理工程编译，而IAR是IDE，通过工程文件目录来反映文件间的关系，所以必要时需要将路径加到preprocesses；

    (2)嵌入式汇编，GCC内嵌汇编与IAR内嵌汇编格式差异甚大，需要全面修改Contiki出现内嵌汇编的地方；

    (3)文件差异，Linux平台下的Contiki会调用Linux的头文件或者文件名不同(比如io.h与io430.h)。

    再者需要解决版子间的差异，如果节点恰是Contiki支持的，那最好(比如Telosb)，否则选择一个相近的节点进行修改，比如我的板子MSP430-169LCD，其MCU是MSP430F169，与Telosb的MSP430F1161属于同一序列。

修改后完整工程源文件 contiki-2.5_msp430.rar   

一、下载源码及创建工程文件

1.1 下载源代码

    Contiki最新版本是2.5，可以从SourceForge下载源码，猛击下载。

1.2 创建工程文件

    移植的指导思想是先把内核跑起来，而后根据需求再把文件系统、动态加载、网络模块加上去。所以这里只需把Contiki内核相关的源文件加到工程目录，不过加多了也没关系，还有后续的调试嘛:-)取一个Contiki支持的节点来修改，这里选择Tosek(因其MCU是MSP430F1611)，将platform/sky/下文件拷贝到新建文件夹platform/MSP430-169LCD。我的工程目录如下(期间删了若干文件)：

图1 Contiki_msp430工程目录示意图

    接下来，就一步步修改吧。值得一提的是，考虑到后续还要移植文件系统、动态加载、网络模块，本次遇到错误是尽可能的修改，实在不行，才从工程目录将该文件删除。所以，实际移植Contiki内核要比以下描述的要简单得多。

二、编译调试

2.1 找不到文件解决

    工程make之后，有时会提示找不到源文件，例如："Fatal Error[Pe1696]: cannot open source file "contiki-conf.h" ，错误提示如下：

图2 找不到源文件错误

解决方法：

(1) 检查工程目录是否包容该文件

    在代码编辑区选中相应的源文件(如上例的"contiki-conf.h")，右击选择open "contiki-conf.h"，打开该源文件，查看其文件属性，观其路径，再对应工程目录，确定该源文件已被包含进工程目录。

(2) 设置预处理路径

    第一步设置后，并不能保证问题解决(事实上，不用第一步设置也可以)，如果还提示找不到源文件错误，那就得把该源文件所在的目录加到预处理路径中，如下图所示：

图3 设置预处理路径

2.2 将io.h替换成io430.h

不同的开发环境，将MSP430 io组织成不同文件，这点可以从rtimer-arch.c源代码得到佐证，如下：

#ifdef __GNUC__
  #include <io.h>
  #include <signal.h>
#endif

#ifdef __IAR_SYSTEMS_ICC__
  #include <msp430.h>
#endif

    从编译错误提示信息可以直接定位到出错的地方，将io.h替换成io430.h。有些文件明显跟内核无关，也可以直接从工程文件删除。

2.3 ISR定义修改

Contiki默认开发环境是Linux，其中断服务处理程序定义格式与IAR不同，编译的时候报如下错误：

图4 ISR相关错误

这里只要略加修改即可，改成符合IAR的格式，以button-sensor.c为例，如下：

interrupt(PORT2_VECTOR)
irq_p2(void)

/***改成如下内容***/
#pragma vector= PORT2_VECTOR
__interrupt void irq_p2(void)

2.4 找不到库文件

    Contiki用到了Linux下的库文件，先注释掉，编译单个文件，没问题最好(如cpu/msp430.c的sys/unistd.h)，也就是说这个文件压根就没用到这个库文件。如果真用到了，再编译会引进新的错误，此时，果断将文件从工程目录移除(比如dlfcn.h、lib/malloc.h)。你可能会说，为何不将这些头文件从Linux找出来加到编译路径，我确实尝试了，发现可行性不高，因为库文件还调用其他库文件。不过后续移植可能得正视社个问题了。

    注：LINUX下使用动态链接库，源程序需要包含dlfcn.h头文件，文件dlfcn.h定义了调用动态链接库的函数的原型。

2.5 嵌入式汇编修改

(1) __asm__未定义

    GCC下关键字__asm__，等同于IAR的asm。不过，从文档《IAR C/C++ Compiler Reference Guide.pdf》来看，推荐使用关键字__asm(英文原文：the asm keyword is not available when the option --strict is used. The __asm keyword is always available)。在相应文件增加如下代码(比如msp430.c)，即可解决：

#ifdef __IAR_SYSTEMS_ICC__
  #define __asm__ __asm
#endif

但__volatile__不是IAR的关键字，还是有问题，索性改成这样(没加volatile会不会有副作用？)：

#ifdef __IAR_SYSTEMS_ICC__
  #define asmv(arg) __asm(arg)
#elif
  #define asmv(arg) __asm__ __volatile__(arg)
#endif

(2) expected a "(" 及 expected a ")"

    尽管解决了__asm__未定义问题，但还是报错了expected a "("，原因是IAR内嵌汇编与GCC不同，解决方法就是改写这些GCC内嵌汇编以符合IAR。好在需要修改的地方不多，只有3处(在msp430.c文件)，我仿照《IAR C/C++ Compiler Reference Guide for Texas Instruments' MSP430 Microcontroller Family.pdf》上面的例子修改，但不行，最后我用宏替代了，另一处我直接注释掉，后续发点时间把msp430内嵌汇编了解下。修改的部分源码如下：

//filename:msp430.c

//asmv("mov r1, %0" : "=r" (stack_pointer));   //sbrk(int incr)函数
*stack_pointer = (unsigned short)__get_SP_register();

//asmv("mov r2, %0" : "=r" (sr));   //splhigh_(void)函数
//asmv("bic %0, r2" : : "i" (GIE));
asmv("EINT");

//asmv("bis %0, r2" : : "r" (sr));  //splx_(int sr)函数
asmv(" bis &sr,r2"); //改成这样不行！！！直接注释了

2.6 板子相关的未定义变量

    编译会出现很多未定义错误，诸如ADC12MCTL_NO(sky-sensors.c，显然板子相关)、UCB0CTL1等(cpu/msp430/spix.c)、UCA0STAT等(cpu/msp430/dev/uart0x.c及uart1x.c)，这里简单地把这些相关文件从工程目录移除。

三、链接调试

3.1 slip_arch_init和slip_arch_writeb重定义

链接提示slip_arch_init、slip_arch_writeb重定义，错误提示如下：

图5 slip_arch_init重定义错误提示

    这点确实，slip_arch_init与slip_arch_writeb函数分别在slip_uart0.c和slip_uart1.c定义了，SLIP是指Serial Line Interface Protocol，即串行线路接口协议，是旧式的协议，这里只是简单地注释掉slip_uart1.c中的slip_arch_init定义(估计计这玩意也用不着)。

3.2 putchar重定义

    与(1)类似，putchar函数分别在uart0-putchar.c和uart1-putchar.c定义，处理方法同上。

3.3 重复段Error[e24]

链接时提示如下错误：

图6 IAR Error[e24]示意图

    造成这个问题的原因是有些文件包含了msp430.h，而有些文件包含了io430.h。以MSP430F1611为例，前者通过宏定位到msp430f1600.h，通过则是定位到iox16x.h，而这两个文件有很多重叠的地方(如本例的IE1)。cpu/msp430/rom.c包含了io430.h，flash.c包含了msp430.h，在这里，将flash.c包含的msp430.h改成io430.h。

    同样的问题也发生在cpu/msp430/watchdog.c、core/dev/sht11.c、platform/MSP430-169LCD/dev/button-sensor.c(这个还得从包含的头文件追溯，在cpu/msp430/dev/hwconf.h文件)、cpu/msp430/leds-arch.c、cpu/msp430/clock.c、cpu/msp430/cc2420-arch-sfd.c等，可以通过Find in Files寻找msp430.h来替换。

3.4 外部符号未定义

(1) BV

    在cpu/msp430/button.c提示外部符号BV未定义，通过Find in Files查找，可知该宏通常是定义在contiki-conf.h或者platform-conf.h文件，如下：

图7 BV宏定义位置

这里，模仿其他例程，在platform/MSP430-169LCD/contiki-conf.h文件加入如下代码：

#ifndef BV
  #define BV(x) (1<<(x))
#endif

(2)cc2420_sfd_counter、cc2420_sfd_start_time和cc2420_sfd_end_time

    在cpu/msp430/cc2420-arch-sfd.c提示外部符号cc2420_sfd_counter.c、cc2420_sfd_start_time和cc2420_sfd_end_time未定义，该文件将这三个变量声明为外部变量，源码如下：

extern volatile uint8_t cc2420_sfd_counter;
extern volatile uint16_t cc2420_sfd_start_time;
extern volatile uint16_t cc2420_sfd_end_time;

    事实上，这三个变量已经在contiki-2.5/core/dev/cc2420.c文件定义了， 而这个文件已经被我工程目录删除了，因为编译cc2420.c会引发一系列端口未定义(如TXEPT、UTXIFG0)，而这些端口大概是跟cc2420芯片有关吧。这里，我们简单将cpu/msp430/目录下的cc2420*.c文件从工程移除。

(3) dint与eint

    在cpu/msp430/clock.c提示外部符号dint和eint未定义，这是因为Linux开发环境用eint()和dint()分别开、关中断，但IAR则是使用__enable_interrupt()和__disable_interrupt()。可以直接替换eint()和dint()，这里采用更具移植性的方法，在platform/MSP430-169LCD/platform-conf.h加下如下代码：

#ifdef __IAR_SYSTEMS_ICC__
  #define dint() __disable_interrupt()
  #define eint() __enable_interrupt()
#endif

(4)autostart_processes未定义

    在测试例子main文件提示外部符号autostart_processes未定义，原因是autostart_processes指针数组是由宏AUTOSTART_PROCESSES定义，而该宏又取决于条件编译，直接看源码吧(在core/sys/autostart.h)：

#if AUTOSTART_ENABLE
  #define AUTOSTART_PROCESSES(...)     \
  struct process * const autostart_processes[] = {__VA_ARGS__, NULL}
#else
  #define AUTOSTART_PROCESSES(...)     \
  extern int _dummy
#endif

    现在只需把AUTOSTART_ENABLE定义为1就可以了，在platform/MSP430-169LCD/contiki-conf.h文件添加如下语句：

#define AUTOSTART_ENABLE 1

四、其他地方

(1)loader-arch.h

    cpu/msp430/loader-arch.c文件中的#include "loader/loader-arch.h"改成#include "loader/elfloader-arch.h"。(通过逻辑判断)

(2)FSSEL_SMCLK

    contiki-2.5/cpu/msp430/rom.c文件中的FCTL2 = FWKEY | FSSEL_SMCLK | (FN2 | FN1)改成FCTL2 = FWKEY | FSSEL_2 | (FN2 | FN1)。即把FSSEL_SMCLK 改成FSSEL_2 ，这点从io430.h对应的MCU头文件(比如msp430ff161.h)可以看出。

(3) CH_CURS_UP未定义

    透过错误提示信息，可以发现这些类似的错误都跟ctk有关(文件名前缀)，在contiki-2.5/core/有个目录ctk，文件ctk.h有这么一行注释"This file is part of the Contiki desktop OS."。纵观ctk的源码可知是跟图形相关的东西，在这里，我们将这些文件从工程目录移除(在core/lib/及core/ctk目录)。后来，查阅资料证实，ctk是Contiki的TK图形库(c是Contiki的首字母，Tk is a graphics library that extends Tcl with graphical-interface facilities)。

(4) core/dev目录

    这个目录改起来很简单，将cc2420相关的文件从工程目录移除，重新编译，会报io.h的错，改成io430.h即可(我觉得直接注释掉会更好)。

(5) core/loader目录

    移除其他平台的文件(比如elfloader-avr.c、cle_avr.c)，编译会提示找不到malloc.h、dlfcn.h，再移除报错的文件。再编译，会提示错误(文件cle.c)"expression must be a pointer to a complete object type" ，移除该文件(粗略看下，大概是跟编译器支持有关)，再编译就没问题了:-)这对跑Contiki内核不会有影响的，因为仅仅跑内核是没有用到动态加载这个模块的。

(6)LOADER_ARCH_MAGIC和LOADER_ARCH_VERSION没定义

    用Find in Files的目录查找，可知这两个变量在Contiki-2.5/platform/esb/loader/loader-arch.h和Contiki-2.5/platform/msb430/loader/loader-arch.h有定义。在这里，仿照定义这两个变量。创建文件platform/MSP430-169LCD/loader-arch.h文件，文件内容如下：

//this file added by jelline
#ifndef __LOADER_ARCH_H__
#define __LOADER_ARCH_H__

#define LOADER_ARCH_MAGIC 0x373a
#define LOADER_ARCH_VERSION 0x0001

#endif

(7) profile_timestamps和PROFILE_TIMESTAMP_PTR未定义

    这两个变量都在core/sys/profile-aggregates.c，其用途是"Compuation of aggregates for the Contiki profiling system"。但整个Contiki源码找不到有定义的，真无语了，直接从工程移除吧。

    庆幸的是，Google搜索找到了profile.h(v 1.2 2007/11/17，而该工程的profile.h是v 1.3 2008/01/17)[1]文件含有这些变量定义，在profile.h增加如下内容：

/**************added by jelline**********************/
struct profile_timestamp
{
  const char *ptr;
  rtimer_clock_t time;
};

#ifdef PROFILE_CONF_LIST_LENGTH
  #define PROFILE_LIST_LENGTH PROFILE_CONF_LIST_LENGTH
#else
  #define PROFILE_LIST_LENGTH 128
#endif

extern struct profile_timestamp profile_timestamps[PROFILE_LIST_LENGTH];
extern unsigned int profile_timestamp_ptr;
extern rtimer_clock_t profile_timestamp_time;

#define PROFILE_TIMESTAMP_PTR (profile_timestamp_ptr / sizeof(struct profile_timestamp))

  

    至此，编译链接成功，下载到板子上，看到灯闪烁:-)

参考资料：

[1]