嵌入式系统以及VxWorks操作系统下BSP

 

摘要：该文主要介绍了SAMSUNG公司的基于ARM7TDMI核S3C4510B微处理器，并详细介绍了利用该处理器所设计的嵌入式系统以及VxWorks操作系统下BSP（Board Supported Package）的开发。
    关键词：ARM7TDMI S3C4510B VxWorks BSP
1 介绍
S3C4510B是三星公司推出的针对嵌入式应用的16/32 位嵌入式处理器，该微控制器专为以太网通信系统的集线器和路由器而设计，具有低成本和高性能的特点, S3C4510B中内置了ARM公司设计的16/32位ARM7TDMI处理器, 可以执行32位的ARM指令，也可执行16位的THUMB指令, 并集成了多种外围部件，主要有：
● 时钟频率50MHz
● 内核/IO电压3.3V
● 8KB的Cache/SRAM
● 一个10/100Mbps 以太网控制器，MII接口
● 两个HDLC通道，每个通道可支持10Mbps
● 两个UART通道
● 两个DMA通道
● 两个32位定时/计数器
● 18个可编程I/O口
● 中断控制器，支持21个中断源，包括4个外部中断
● 支持SDRAM，EDO DRAM，SRAM，Flash等
● 具有扩展外部总线
● JTAG接口，支持软件开发 ，硬件调试
S3C4510B支持目前常用的嵌入式操作系统，如VxWorks、pSoS、ucLinux等，本文将主要介绍VxWorks操作系统下的软件开发。
ARM7TDMI是ARM家族通用的一款32位微处理器，它主要为用户提供了高性能、低价格解决方案。
ARM7TDMI具有三级流水线的32位RISC处理器，处理器结构为冯·诺依曼Load/Store。该CPU具有两种指令集，即ARM和Thumb指令集。ARM指令集是32位，它可以利用CPU最大性能；而Thumb指令集则是16位指令集。
ARM7TDMI内核方块图如图1所示。
 
  
2 系统硬件图
该系统主要以S3C4510B为核心，外围集成了以太网卡、SDRAM、FLASH、UART以及HDLC等。图2是以S3C4510B为核心的最小系统设计图。
 
  
    SDRAM选用HY57V653220（8Mbyte）、两片FLASH分别为AM29F040（存放bootrom）和T28F160BT（作为文件系统用）。
3 VxWorks操作系统下BSP构建
在完成板上基本硬件的测试后，下面我就开始对vxWorks操作系统下BSP进行开发，开发前需要做一些准备工作，如准备开发工具等。
① 开发工具用的是Tornado2.2 for ARM；
② 参考资料有BSP Kit、S3C4510B DataSheet；
③ 参考Tornado2.2 for ARM下自带的wrSBCArm7 BSP；
④ 烧写程序采用编程器。
通常在开发BSP的时候，我们需要在Tornado原带BSP目录下找一个与我们所用的处理器相同或相近。与BSP相关的文件有：romInit.s、sysAlib.s、bootInit.c、bootConfig.c、sysLib.c、config.h、configNet.h、makefile以及与我们硬件相关的，如串口sysSerial.c等。由于篇幅所限，具体的文件作用在此就不说了。下面主要根据S3C4510B来阐述一下BSP开发步骤。
（1）拷贝BSP
将wrSBCArm7 BSP拷贝一份并命名为4510BSP，接下来的工作就是修改该目录下的文件，从而得到自己的BSP。
（2）修改MakeFile文件
修改4510BSP目录下的makefile文件，修改如下几行：
TARGET_DIR = 4510BSP # changed by caiyang
VENDOR = CAI # changed by caiyang
BOARD = MyArmBoard # changed by caiyang
ROM_TEXT_ADRS = 01000000 # ROM entry address
ROM_WARM_ADRS = 01000004 # ROM warm entry address
ROM_SIZE = 00080000 # number of bytes of ROM space
RAM_LOW_ADRS = 00006000 # RAM text/data address (bootrom)
RAM_HIGH_ADRS = 00486000 # RAM text/data address (bootrom)
MACH_EXTRA =
注解：ROM_TEXT_ADRS：BOOT ROM的入口地址。对大多数板来说，这就是ROM地址区的首地址，然而也有的硬件配置使用ROM起始的一部分地址区作为复位向量，因此需要根据此设置偏移量作为它的地址。这个偏移量因CPU结构而定。
ROM_WARM_ADRS：BOOT ROM热启动入口地址。它通常位于固定的ROM_TEXT_ADRS＋4的地方。当需要热启动时，sysLib.c文件中sysToMonitor( )函数代码明确的跳转到ROM_WARM_ADRS地址处开始执行。
ROM_SIZE：ROM实际大小。
RAM_LOW_ADRS：装载Vxworks的地址。
RAM_HIGH_ADRS：将Boot Rom Image拷贝到RAM的目的地址。
注意：RAM_LOW_ADRS 和 RAM_HIGH_ADRS 都是绝对地址，通常位于DRAM起始地址的偏移量处，该偏移量取决于CPU结构，这需要参考VxWorks内存分布。对于ARM的内存分布请看图3，从图3可以看出RAM_LOW_ADRS在DRAM＋0x1000处。这些地址对于S3C4510B来说都应该是重映射后的地址。
（3）修改config.h文件
主要是修改ROM_BASE_ADRS、ROM_TEXT_ADRS、ROM_SIZE、RAM_LOW_ADRS、RAM_HIGH_ADRS和undef掉不需要的部分。注意这些应该和makefile文件中设置的一致。
（4）修改romInit.s文件
CPU一上电就开始执行romInit( )函数，因此在romInit.s代码段中它必须是第一个函数。对于热启动，处理器将会执行romInit( )加上4后的代码（具体参考sysLib.c中的sysToMonitor( )函数）。更多的硬件初始化在sysLib.c中sysHwInit( )函数中，romInit( )的工作就是做较少的初始化并把控制权交给romStart( )（在bootInit.c文件）。
在S3C4510B处理器中，romInit.s文件主要做了以下几个工作：
① 禁止CPU中断并切换到SVC32模式；
② 禁止中断控制器；
③ 初始化SYSCFG、EXTDBWTH、ROMCON0、ROMCON1、DRAMCON0等寄存器，同时初始化了FLASH、SDRAM、DM9008等外围设备；
④ 将FLASH的内容拷贝到SDRAM中；
⑤ 改变FLASH和SDRAM的基地址，将SDRAM基地址改为0；
⑥ 初始化堆栈指针；
⑦ 跳转到C程序romStart( )函数中。
在这里，只需要修改SYSCFG、EXTDBWTH、ROMCON0、ROMCON1、DRAMCON0等寄存器来设置FLASH、SDRAM、DM9008的基地址和大小即可。这需要根据板上的配置来修改，修改的内容在wrSbcArm7.h文件中。
BSP基本部分就已经修改完成，至于bootInit.c和bootConfig.c文件，我们一般不需要修改它，只是在调试过程中为了方便调试，可以将他们拷贝到BSP目录下，然后修改makefile文件，在makefile文件中添加如下两句。
BOOTCONFIG = bootConfig.c
BOOTINIT = bootInit.c
（5）利用tsfs（target server file system）下载
要利用tsfs下载VxWorks，首先需要配置以下内容：
① 在config.h文件中添加如下内容
/* Serial port configuration */
#define INCLUDE_SERIAL
#undef NUM_TTY
#define NUM_TTY N_SIO_CHANNELS
#undef CONSOLE_TTY
#define CONSOLE_TTY 0
#undef CONSOLE_BAUD_RATE
#define CONSOLE_BAUD_RATE 38400
/*** WDB ***/
#ifdef SERIAL_DEBUG
#define WDB_NO_BAUD_AUTO_CONFIG
#undef WDB_COMM_TYPE
#undef WDB_TTY_BAUD
#undef WDB_TTY_CHANNEL
#undef WDB_TTY_DEV_NAME
#define WDB_COMM_TYPE WDB_COMM_SERIAL /* WDB in Serial mode */
#define WDB_TTY_BAUD 38400 /* Baud rate for WDB Connection */
#define WDB_TTY_CHANNEL 1 /* COM PORT #2 */
#define WDB_TTY_DEV_NAME "/tyCo/1" /* default TYCODRV_5_2 device name */
#endif /* SERIAL_DEBUG */
/* tsfs added by caiyang */
#define INCLUDE_TSFS_BOOT
并修改引导行为
#define DEFAULT_BOOT_LINE \par "tsfs(0,0)host:vxWorks f=8 h=169.254.72.67 e=169.254.72.68 u=caiyang pw=caiyang"
注：串口1用来显示引导信息，相当于PC机中的显示器，串口2用来下载VxWorks和调试。同时串口2波特率不能太高，经测试115200好像不行。
② 配置target server
启动Tornado开发环境，选择Tool－>target server菜单。在下拉菜单中选“target server file system”并选中Enable File System，然后目录指向Vxworks所在的地方。同时注意要把Tornado Registry打开，这样配置完后点击Launch按钮即可连接成功，此后就可以通过串口2下载VxWorks和调试。
 
  
一般情况下，我们首先调试好BSP，然后在调试网卡。所以在调试网卡前，我们需要用串口来下载VxWorks映像。
至此，我们的BSP就开发完成。
4 结论
在没有调试BSP的硬件工具如仿真器的时候，我们只能通过点灯或者串口输出来定位程序执行的正确性。这大大增加了调试难度和进程。对于BSP开发，一般需要从一个模板来修改。BSP开发的正确性直接影响到VxWorks系统运行的稳定性。