分类： 嵌入式
2011-05-05 13:16:17
1 引言
VxWorks是美国WindRiver公司设计开发的一款嵌入式实时操作系统。能支持多种微处理 器：PowerPC，x86，MIPS，ARM，SPARC等。它采用微内核结构，具有高可靠性、实时性、丰富的网络协议、良好的兼容性以及可裁减性等特 点，同时具有友好的用户开发环境。其中VxWorks很好的移植性通过BSP来实现，BSP使操作系统能够独立于具体硬件，对上层屏蔽具体的硬件，为系统 组件以及应用程序提供统一的接口。
本文主要研究如何将VxWorks操作系统移植到基于三星S3C2410处理器硬件平台上，即BSP的设计。主要内容包括下面两点：熟悉并掌握 VxWorks映像种类，系统的启动顺序和过程，以及BSP软件包中各文件的组成和作用以及相应的设置文件的修改;二是熟悉系统底层驱动，也就是要对开发 板的硬件环境有一个初步了解，这样才可以结合具体硬件开发板设计出相应的底层驱动程序。
2 BSP组成
2.1 BSP概念
对于嵌入式系统而言，并没有像PC那样的标准，存在着各种不同的嵌入式硬件平台，这就使得无法完全由操作系统来实现上层软件与底层硬件的无关性。 BSP正是采用当今嵌入式分层设计的介于操作系统和底层硬件的中间层。BSP通常是指针对具体的硬件平台，用户所编写的启动代码和部分设备驱动程序的集 合。它所实现的功能包括初始化，驱动部分设备．最基本的BSP仅需要支持处理机复位，初始化，驱动串口和必要的时钟处理。BSP的概念只是针对嵌入式操作 系统而言的，而像DOS,Windows,UNIX等BIOS操作系统是无BSP可言的。不过到目前为止，
2.2 BSP组成
其主要的两部分组成为：初始化代码，硬件驱动程序．
BSP的初始化部分是指从上电复位开始直到WIND内核和usrRoot()函数启动的这段时间内系统的执行过程．具体包括：CPU初始化，设备初 始化以及系统初始化．CPU初始化CPU内部寄存器，设备初始化智能I/O的寄存器，将板上设备打通；系统初始化为系统的运行准备数据结构，进行数据初始 化．其初始化过程如图1所示：
图1初始化过程
驱动程序就是一些包含I/O操作的子函数．VxWorks系统的驱动程序也可以抽象为三个层次:常规操作,与I/O的接口，以及与组件的接口．其抽象逻辑如图2所示．驱动程序与I/O系统的接口使驱动具有更好的层次性，驱动程序与组件的接口使驱动具有更好的抽象性．
图2驱动程序抽象逻辑
3 VxWorks映像分类及启动过程
VxWorks映像可以分为两大类：可下载映像和可引导映像。可加载型映像的执行首先由固化在目标机上的引导代码，通过串口或者网口将系统映像从宿 主机上装载到目标机RAM中，然后继续执行;可引导型映像与可加载映像不同，它是将引导程序和VxWorks融为一体的映像，往往是最终产品，常常直接烧 入ROM或者Flash。
两种类型的映像都可以分成两步，第一步为系统加电后对必要的硬件进行初始化，这一步目的就是为了加载系统映像，所以在这一步不需要做太多的工作;第 二步为系统加载后首先就是对系统硬件作完整的初始化过程，然后完成系统内核初始化，这一切处理完之后跳入用户应用程序。两种类型的启动过程如图3所示。
图3 VxWorks映像启动过程
可加载映像包括两部分:boot ROM以及VxWorks。这两部分是独立创建的。加载型映像引导主要是用于开发调试阶段。
可加载型映像引导过程如下：
1)引导代码的装入。系统加电后执行首段引导代码，把引导代码段和数据段从ROM或者Flash中装入RAM中的RAM-HIGH-ADRS。 Boot ROM可分为如下三种类型：被压缩的boot ROM映像，非压缩的boot ROM映像以及驻留ROM的boot ROM映像。对于压缩型引导代码，这种类型的引导代码在拷贝时对它进行解压操作;对于非压缩型引导代码，这种类型的引导代码直接进行拷贝操作;驻留型引导 代码仅仅拷贝它的数据段到RAM中。
2)VxWorks映像的载入。引导代码执行后，把VxWorks映像装入到RAM中RAM-LOW-ADRS，然后跳转到VxWorks映像装入点．
3)系统初始化．由VxWorks映像中的系统初始化代码来执行，完成系统初始化操作．
可引导型映像引导包括不驻留ROM的映像和驻留ROM的映像两种类型．对于驻留ROM的VxWorks映像，引导程序只把VxWorks映像的数据 段和堆栈段复制到RAM的RAM-LOW-ADRS，代码段则驻留在ROM中。驻留型VxWorks映像主要是为了节省RAM空间，以便应用程序有更大的 空间运行，但缺点是运行速度慢。随着片外扩展RAM空间越来越大，不需要采用不驻留ROM映像。其引导过程与可加载型类似，主要不同在系统加电时候，首先 执行的是romInit.s中的函数romInit()，完成最基本的初始化后跳入到bootInit.c中的romStart()函数，来完成装载 VxWorks映像的工作。接下来的启动过程和上面所描述的可加载型一样。
4 VxWorks在S3C2410上的BSP设计
4.1S3C2410开发板硬件设计
开发板采用三星S3C2410处理器，S3C2410处理器为ARM920T内核16/32位RISC CPU，拥有独立的16KB指令和16KB数据CACHE，MMU内存管理单元，NAND Flash bootloader，系统管理单元(SDRAM控制器等)，3通道UART，4通道DMA，4通道具备PWM功能的定时器，I/O口，RTC(实时时 钟)，8通道10位精度．ADC和触摸屏控制器，IIC总线接口，IIS数字音频总线接口，USB主机，USB设备，SD/MMC卡控制器，集成LCD控 制器(支持STN和TFT)，2通道SPI和PLL数字锁相环，主频最高可达203MHz．
S3C2410开发板在此基础上外扩：两片32MB的三星SDRAM；共同组成64MB内存，一片Intel strata flash(16MB)，用以存储系统映像，一片Atmel的AT49LV1614A，2MB NOR flash，可以用来存放系统上电引导程序，即相当于PC的BIOS；通过以太网控制器芯片DM9000E扩展了一个网口。其硬件功能模块结构图如下：
4.2 BSP中几个重要文件的修改
BSP文件主要包含在Target/config下的目录中;其中target/config/aU中包含如下文件 configAll.h，bootConfig.c，bootlnit.c，usrConfig.c等文件，这些都是BSP通用文件。我们一般不对这些通 用文件作修改；target/config/integrator920t是专为基于ARM920T内核的处理器设计的BSP模板文件，我们所选择的 S3C2410处理器是基于ARM920T内核的，因此我们主要的工作就是对这个文件夹下面的文件作修改。下面主要给出对该文件夹下面的几个重要文件所作 的修改。
1)修改config.h
Config.h文件包含了所有头文件和与CPU板子相关的特殊定义。config.h中主要修改的内容有：
定义引导行
#define DEFAULT-BOOT-LINE＼
"fei(0，0)host：/tor2/target/config/integrator920t/vxWorks"\
"h=90.0.0.3 e=90.0.0.50:ffffff00 u=target tn=targetname"
Fei为传输协议;host后面为主机中存放VxWorks映像的路径，h为主机IP，e为目标板IP。
目标板内存的配置，这一部分必须根据实际CPU以及外扩存储器的大小来确定：
#define LOCAL-MEM-LOCAL-ADRS 0x00000000
#define LOCAL-MEM-BUS-ADRS 0x00000000
#define ROM-BASE-ADRS 0x24000000
#define ROM-TEXT-ADRS ROM-BASE-ADRS
#define ROM-SIZE 0x00100000
#define RAM-LOW-ADRS 0x00001000
#define RAM-HIGH-ADRS 0x00600000
VxWorks的缺省配置是由configAll.h来确定的，用户可通过config.h来改变缺省配置，一般来说，缺省配置是按照比较完备的方 式进行系统配置，而实际的软件、硬件环境往往不那么完备，用户必须查看configAll.h，并在config.h中将不要的软、硬件配置和初始化去 掉．
2)修改romlnit.s
romlnit.s主要工作由函数romInit()完成，该函数是所有固化在ROM或者Flash里VxWorks映像首先执行的代码．主要完成的任务有；
禁止中断，使处理器复位。通过设置CPSR的I-BIT和F-BIT都为1来实现。还要设置中断寄存器为关模式同时将处理器切换到SVC32模式下，屏蔽AIC中断。
代码如下：
MRS r1，cpsr
BIC r1，r1，#MASK-MODE
ORR r1，r1，#MODE-SVC32 | I-BIT|F-BlT
MSR cpsr，r1
MOV r2，#IC-BASE
MVN r1，#0
STR r1，[r2，#FIQ-DISABLE-IC-BASE]
STR r1，[r2，#IRQ-DISABLE-IC-BASE]
保存启动类型，在跳至romlnit()函数的时候，传递启动类型．
初始化缓存并屏蔽缓存。
设定内存系统以及片子的片选，刷新周期，注意在配置刷新周期时一定要与具体板上扩展的SDRAM相一致。否则片子无法正常工作．关闭缓存建立内存控制器。
在调试这段代码的时候，由于串口网口都没有启动，因此只能通过点灯程序来加跟踪程序的执行情况。
另外，在romStart()跳转到romInit()的C程序之前尽可能少地初始化硬件．硬件的初始化是sysHwInit()程序完成的任务．
3)修改sysLib.c
sysLib.c是BSP初始化的核心代码，在这个文件中必须复位所有的硬件，使其处于初始化状态，以保证在后面中断使能之后，不会产生没有初始化 的中断。它提供了板级接口，基于这些接口，VxWorks和应用程序的构造与系统无关。该文件功能大致包括：初始化功能;存储器/地址映射功能;总线中断 功能;时钟计数器功能等．如下是其中两个重要的函数sysHwInit()，sysHwInit2()以及代码注释。
SysHwInit()，它由通用初始化函数usrInit()调用;
void sysHwInit(void)
{
fune-armIntStackSplit=sysIntStackSplit;
#if defined(INCLUDE-PCI)
sysV3Init()，
if(pciIomapLibInit(PCI-MECHANISM-3,CPU-PCI-CNFIG-ADRS,CPU-PCI-CNFG-ADRS,0) !=OK)
sysToMonitor(BOOT-NO-AUTOBOOT);
#endif
#ifdef INCLUDE-SERIAL
sysSerialHwInit()；
#endif
}
串口设备的初始化在sysSerial.c中完成初始化设备描述符：设置设备参数地址，波特率，以及设备中断级。
sysHwInit2()，连接系统中断，初始化其它必须的配置，该函数由定时器驱动中的sysClkConnect()调用。
{
static BOOL initialised=FALSE；
intLibInit(AMBA-INT-NUM-LEVELS，AMBA-INT-NUM-LEVELS，INT-MODE)；
ambaIntDevInit()；
(void)intConnect(INUM-TO-IVEC(SYS-TIMER-INT-VEC)，sysClkInt，0)；
(void)intConnect(INUM-TO-IVEC(AUX-TIMER-INT-VEC)，sysAuxClkInt，0)；
#ifdef INCLUDE-SERIAL
sysSerialHwInit2();
#endif
initialised=TRUE；
}
4.3 VxWorks的编译生成
对BSP包里面的文件修改好以后，需要对其进行编译下载调试，装载到目标板中的VxWorks映像取决于使用的下载方法，主要映像有：
1)VxWorks
这是下载型的VxWorks映像，从RAM开始执行，它由目标板上的引导程序通过串口或者网口将它下载到目标板本地的RAM中运行．在Tornado开发环境中，这是一个默认的选项，主要在调试阶段使用．使用宿主机上的WindShell工具和符号表。
2)VxWorks.st
这也是基于RAM的映像，需要通过引导ROM将它下载到目标机执行，但该对象文件内置符号表。
3)VxWorks-rom
这是非压缩，基于ROM的映像。在这个对象文件执行前把自已拷贝到目标机RAM中。这种类型的映像通常在启动阶段比较慢，但其执行阶段都在RAM中完成的，比驻留型的映像要快。
4)VxWorks.st-rom
这是ROM驻留的压缩的VxWorks映像。它在执行前把自己解压并拷贝到目标机RAM中执行。
5)VxWorks.res-rom
这是ROM驻留的非压缩VxWorks.st的映像。它在执行前把自己数据段拷贝到目标机RAM中．S3C2410可以Strata flash NOR flash或者smart media card NAND flash两种flash卡启动，当系统映像下载到某个flash，通过适当的跳线从指定的flash启动．
在romlnit.s中初始化程序不要太多，它初始化的目的是为了载入VxWorks映像，实际初始化任务主要由sysHwInit()函数来完 成。对于下载型的VxWorks映像，sysAlib.s()中的sysInit()函数应该重复映像下载前的所有初始化操作，否则在一些情况下可能会忽 略存储控制器的设置。
对特定的BSP驱动程序的修改，只能在特定的BSP的目录下，在这里为target/config/integrator920t目录下，不要直接在target/src/drv以及target/h/drv目录下修改．
调试阶段不要使用malloc()等缓冲区调用函数。如在前面所提到的函数intConnect()不能够在sysHwInit()中被调用，这是 因为在VxWorks未启动之前，此时整个系统的内存分配库还没有被初试化，调用malloc()等缓冲区调用函数，将会导致系统瘫痪．
结语
本文在介绍了BSP组成以及VxWorks映像的启动过程后，以S3C2410开发板的BSP为例，介绍了VxWorks的BSP设计中的几个重要 文件的修改以及在BSP开发调试中需要注意的几个问题。针对不同的目标板，BSP的实现不尽相同，需要根据目标板的具体硬件结构进行具体设计，但各种目标 板之间有一定的共性，希望本文可以对开发各类型的目标板具有一定的参考价值。
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