vxworks是美國wind river公司研發(fā)嵌入式實(shí)時(shí)操作方法系統(tǒng)，具有高性能，可裁減性好等特性，能支持幾種微處理器(如powerpc，x85，arm，sparc)；自問世對(duì)來，對(duì)其良好町靠性與卓越實(shí)時(shí)性被廣泛地使用于通信，航空，航天等高精尖技術(shù)信息及實(shí)時(shí)性條件極高領(lǐng)域中。bsp(board support package，板級(jí)支持包)用處是針對(duì)特殊硬件平臺(tái)，為操作方法系統(tǒng)內(nèi)核供應(yīng)操作方法接口，使操作方法系統(tǒng)能夠獨(dú)立于底層硬件。對(duì)上層使用屏蔽具體硬件，vxworks高可移植性就是通過bsp解決方案。at91rm9200是atmel公司生產(chǎn)一款arm9核IC，本文重點(diǎn)說明將vxworks移植到該IC過程中bsp定制過程。
1 bsp理念
bsp通常是指針對(duì)具體硬件平臺(tái)，用戶所編寫運(yùn)行源代碼與部分設(shè)備軟件驅(qū)動(dòng)程序集合。它所解決方案功能包括初始化與軟件驅(qū)動(dòng)部分設(shè)備。最基本bsp僅需支持處理器復(fù)位，初始化，軟件驅(qū)動(dòng)串口與必要時(shí)鐘處理。bsp是相對(duì)于操作方法系統(tǒng)而言，不同操作方法系統(tǒng)對(duì)應(yīng)不同形式bsp，因此，在寫bsp時(shí)一定要按照條件操作方法系統(tǒng)對(duì)bsp定義形式來寫。在vxworks系統(tǒng)中，bsp是介于底層硬件環(huán)境與vxworks的間一個(gè)軟件接口，它主要功能是系統(tǒng)加電后初始化目標(biāo)機(jī)硬件與vxworks，并供應(yīng)部分硬件軟件驅(qū)動(dòng)程序。bsp在vxworks系統(tǒng)中層次關(guān)系如圖1所示。
bsp為各種板卡硬件功能供應(yīng)了統(tǒng)一軟件接口，包括硬件初始化，中斷捕捉與處理，硬件時(shí)鐘與定時(shí)器管理，內(nèi)存地址映射，對(duì)及內(nèi)存分配等。每個(gè)bsp還包括一個(gè)rom運(yùn)行或其他運(yùn)行機(jī)制。
2 vxworks引導(dǎo)過程
在編寫bsp的前，首先要了解整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程。vxworks映像由源代碼段，數(shù)據(jù)段與bss段3部分結(jié)合。vxwotks內(nèi)核能分為3種：可加載種類映像，romvxworks映像與rom駐留型映像。這3種種類映像組織是不一樣，因此運(yùn)行過程有所差別。
可加載映像包括vxworks與boot rom兩部分內(nèi)容，兩部分是獨(dú)立建立。首先，由系統(tǒng)引導(dǎo)源代碼把rom引導(dǎo)程序搬到ram_high_adrs。然后，rom引導(dǎo)程序開始啟動(dòng)，將vxworks映像加載到ram_low_adrs，的后跳轉(zhuǎn)到vxworks映像裝入點(diǎn)。
romvxworks映像在bsp初始化時(shí)，會(huì)把lmage完全搬到ram中執(zhí)行，包括源代碼段與數(shù)據(jù)段。在拷貝執(zhí)行完畢后，系統(tǒng)控制權(quán)轉(zhuǎn)移給ram中vxworks映像初始化源代碼。
rom駐留型映像僅僅是將rom中vxworks映像數(shù)據(jù)段與bss段拷貝到ram中，完成后系統(tǒng)控制權(quán)轉(zhuǎn)移給rom／flash里vxworks映像初始化源代碼，源代碼段留在rom中并在rom中啟動(dòng)。在rom中啟動(dòng)vxworks映像主要足為了節(jié)省ram空間，帶來不利則是啟動(dòng)速度慢。
圖2與圖3分別是下載型與rom型vxworks映像初始化過程。
下面臨rom型vxworks內(nèi)核運(yùn)行過程為例，說明各文件用處：
romlnit()保存運(yùn)行種類，屏蔽中斷；初始化內(nèi)存與寄存器，屏蔽cache；初始化cpu，將堆棧指針定位于被拷貝boot rom映像在ram地址；跳到romstart()。
rorastart()根據(jù)不同映像種類將vxworks映像不同部分解壓縮<如果需)并加載到ram中。
usrinit() 對(duì)vxworks映像bss段清零；調(diào)用intvecbaseset()設(shè)置中斷矢量基地址表；調(diào)用excvecinit()初始化異常中斷矢量；調(diào)用syshwinit()初始化系統(tǒng)硬件；調(diào)用usrkernelinit()初始化wind內(nèi)核；調(diào)用kernellnit()運(yùn)行wind內(nèi)核，運(yùn)行usrroot()任務(wù)。
usrroot()設(shè)置操作方法系統(tǒng)時(shí)鐘，建立設(shè)備，安裝軟件驅(qū)動(dòng)，調(diào)用syshwinit2()安裝系統(tǒng)時(shí)鐘與輔助時(shí)鐘中斷對(duì)及串口等設(shè)備中斷，初始化i／o，文件系統(tǒng)，調(diào)用應(yīng)用程序軟件。
3 vxworks在at91rm9200上bsp設(shè)計(jì)方案
3.1 at91rm9200介紹
at91rm9200片上資源包括：arm920t處理器棱，16kb內(nèi)部sram與128kb內(nèi)部rom存儲(chǔ)器；支持sdram，sram，burst flash與compactflash，smartmedia對(duì)及nandflash無縫連接；16kb數(shù)據(jù)cache，16kb指令cache，完全可編程代碼外部總線接口ebi，4個(gè)32位pio控制器能達(dá)到122個(gè)可編程代碼i／o引腳(每個(gè)都有輸入控制，可中斷及開路輸出能力)；帶有8個(gè)優(yōu)先級(jí)，可單獨(dú)屏蔽中斷源先進(jìn)中斷控制器，6組硬件定時(shí)器，4個(gè)通用同步／異步收發(fā)器usart。
3．2 bsp中幾個(gè)顯要文件修改
由于at91rm9200內(nèi)核是arm920t，所對(duì)bsp文件主要在vxworks編澤環(huán)境tornado目錄target／config／all與target／config／integrator920t文件夾里。其中，a11文件夾里文件對(duì)于絕大多數(shù)bsp都是共用，普通來說不需修改，特別是“configall．h”；integrator920t文件夾里文件就是所要編寫bsp文件，這些文件往往及系統(tǒng)硬件密切關(guān)聯(lián)。
3.2.1 修改makeflie
makefile文件定義編譯與鏈接整個(gè)bsp規(guī)則，如編譯工具選擇，編譯選項(xiàng)與包含文件路徑等；控制生成vxworks映像文件種類，同時(shí)含有存儲(chǔ)區(qū)大小資料，對(duì)于存儲(chǔ)區(qū)大小資料改動(dòng)必須及config．h對(duì)應(yīng)改動(dòng)同步。有些型號(hào)參數(shù)需在該文件中定義，如處理器種類，編譯工具，目標(biāo)地址等。下面說明一些須修改型號(hào)參數(shù)與地址：
3.2.2 修改config.h
config．h文件包含了所有頭文件與及cpu關(guān)聯(lián)特殊定義。vxworks內(nèi)核組件設(shè)置由config．h文件定義。config．h中主要修改內(nèi)容有定義引導(dǎo)行與修改地址。
(1)定義引導(dǎo)行
其中，mac(o，0)為at91rm9200IC中emac設(shè)備；host為主機(jī)名；vxworks為要下載文件名；h為主機(jī)ip地址；e為目標(biāo)板ip地址；u為用戶名；pw為密碼；tn為目標(biāo)板名稱。
(2)修改地址
該文件中地址定義，如rom_text_adrs，rom_size，ram_low_adr，sram_high_size等要及makefik文件中關(guān)聯(lián)定義一致。本設(shè)計(jì)方案中源代碼段存儲(chǔ)在連接armIC外部片選cso上flash里面，基地址為oxl0000000，因此．定義如下：
vxworks缺省設(shè)置由configall．h來確定。普通來說，缺省設(shè)置設(shè)置及自行研發(fā)硬件系統(tǒng)設(shè)置不同，用戶可通過cotlfig．h來改變?nèi)笔≡O(shè)置。用戶須查看configall.h，并在config．h中將不需軟硬件設(shè)置與初始化去掉。例如，缺省設(shè)置中普通包含浮點(diǎn)處理器，而at9lrm9200中沒有浮點(diǎn)寄存器，因此就要?jiǎng)h掉關(guān)聯(lián)設(shè)置。
3.2.3 修改integrator920t.c
該文件中設(shè)置所有非可選，及at91rm9200IC關(guān)聯(lián)資料，如各硬件關(guān)聯(lián)寄存器地址定義，設(shè)備寄存器中對(duì)應(yīng)位定義，各硬件中斷矢量與中斷優(yōu)先級(jí)定義，dbug與usart控制，網(wǎng)口定義，系統(tǒng)時(shí)鐘與輔助時(shí)鐘型號(hào)參數(shù)設(shè)置等。vxworks所要運(yùn)用目標(biāo)板包含設(shè)備軟件驅(qū)動(dòng)程序頭文什應(yīng)當(dāng)包含在該文件開始。該文件中各項(xiàng)宏定義均是at91rm9200IC，并根據(jù)具體條件定義。例如，電源管理控制器中用到兩個(gè)鎖相環(huán)plla與pllb，對(duì)它們部分型號(hào)參數(shù)設(shè)定源代碼如下：
3 2．4 修改rornlnit.s
該文件包含引導(dǎo)rom與romvxworks映像入口初始化匯編源代碼。入口點(diǎn)為rominit()函數(shù)，是系統(tǒng)加電運(yùn)行后首先執(zhí)行源代碼。主要功能是：保存運(yùn)行種類，使處理器復(fù)位；初始化flash與sdram；設(shè)置mmu到已知狀態(tài)；指令cache使能；初始化mmu控制寄存器(指令32位，數(shù)據(jù)32位，寫緩沖使能)；開漏寫緩沖，并且使指令與數(shù)據(jù)cache都兀效；通過設(shè)置cpsrirq禁止位，fir禁止位與先進(jìn)中斷控制器aic中中斷禁止寄存器來屏蔽中斷，跳轉(zhuǎn)到bootinit．c中rom-start()，同時(shí)傳遞運(yùn)行種類。其中，中斷屏蔽源代碼如下：
在調(diào)試這段源代碼時(shí)，由于串口與網(wǎng)口都沒有運(yùn)行，因此僅僅能通過點(diǎn)燈程序來跟蹤程序執(zhí)行情況，設(shè)置不同led亮來顯示程序執(zhí)行到哪一步。例如，如果要并行輸入／輸出口c32位中第15位亮，則能編程代碼為；
在編寫本文件時(shí)，需注意地方是：不要在該文件里進(jìn)行過多初始化操作方法，大部分硬件初始化操作方法在syslib．c文件中syshwinit()函數(shù)中進(jìn)行。
3.2.5 修改syslib c
syslib．c是bsp初始化核心源代碼。在這個(gè)文件中，必須復(fù)位所有硬件，使其處于初始化狀態(tài)，保證后面開中斷后不會(huì)產(chǎn)生假中斷。這個(gè)文件包含了由目標(biāo)機(jī)體系構(gòu)造決定，及系統(tǒng)關(guān)于c程序。這些c程序供應(yīng)板級(jí)接口。這些接口，vxworks與應(yīng)用程序軟件構(gòu)造及系統(tǒng)無關(guān)。該文件功能包括：定義了rram，sram，rom，外部片選IC物理地址與虛擬地址；定義中斷優(yōu)先級(jí)寄存器中各個(gè)位對(duì)應(yīng)優(yōu)先級(jí)；調(diào)用syshwinit()初始化串口與網(wǎng)口，安裝irq/svc中斷堆棧分配程序；總線中斷功能等。本文件中有兩個(gè)顯要函數(shù)：syshwinit()與syshwinit2()。syshwinit()源代碼如下：
syshwinit2()用來連接系統(tǒng)中斷，安裝isr，進(jìn)行其他設(shè)置。它在初始化系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)，由sysclkconnect()調(diào)用，主要用來初始化中斷庫與中斷軟件驅(qū)動(dòng)，安裝系統(tǒng)時(shí)鐘與輔助時(shí)鐘中斷對(duì)及串口等設(shè)備中斷。
4 編譯生成映像
系統(tǒng)定制完成后，有兩種編譯方法：一種是在tornado下進(jìn)行編譯，生成映像文件；另一種是直接用make工具編譯，但要寫好腳本文件。裝載到目標(biāo)板中vxworks映像取決于運(yùn)用下載方法，其中主要包括對(duì)下多種：
①vxworks。這是ram映像，vxworks需通過目標(biāo)板上引導(dǎo)程序從串口或網(wǎng)口把它下載到目標(biāo)板ram中啟動(dòng)。在tornado研發(fā)環(huán)境下，這是一個(gè)默認(rèn)選項(xiàng)，主要用在調(diào)試階段。運(yùn)用宿主機(jī)上windsh工具與符號(hào)表。
②vxworks．st。這也是ram映像，需通過引導(dǎo)rom把vxworks映像下載到目標(biāo)機(jī)內(nèi)存中才能執(zhí)行。該對(duì)象文件內(nèi)置符號(hào)表。
③vxworks_rom。這是一個(gè)非壓縮，rom映像。在這個(gè)對(duì)象文件執(zhí)行前，先把自己拷貝到目標(biāo)機(jī)ram中。這種種類映像通常在運(yùn)行階段速度相比較慢，因?yàn)樵创a在rom中執(zhí)行，但執(zhí)行階段比rom駐留型映像要快。
④vxworks．st_rom。這是rom壓縮vxworks映像。它在執(zhí)行前先把自己解壓并拷貝到目標(biāo)機(jī)ram中執(zhí)行。
⑤vxworks．res_rom。這是rom駐留型非壓縮vxworks映像。它在執(zhí)行前把數(shù)據(jù)段拷貝到目標(biāo)機(jī)ram中。這種種類映像在運(yùn)行階段相比較快，但在目標(biāo)機(jī)上執(zhí)行速度比rom種類映像慢(因?yàn)閏pu訪問rom比訪問ram要慢)。通常在ram空間相比較小目標(biāo)機(jī)上運(yùn)用這種種類映像。
5 需注意難題
首先，應(yīng)該避免在rominit．s中進(jìn)行過多初始化操作方法。該史件中僅僅是進(jìn)行必要最小硬件初始化，大部分硬件初始化都是在syshwinit()中完成。另外，romtnit．s中源代碼不應(yīng)當(dāng)被其他模塊或函數(shù)調(diào)用。
其次，應(yīng)該避免sysalib．s中工作太少。bsp研發(fā)人員通常錯(cuò)誤地認(rèn)為在rominit．s里初始化過設(shè)備不需在sysalib．s中從新初始化。實(shí)際上，vxworks映像并不認(rèn)為它是由引導(dǎo)映像程序引導(dǎo)，因此，它必須從新設(shè)置與初始化所有它自己需運(yùn)用設(shè)備。sysinit()是該文件中最主要一個(gè)函數(shù)，也是第一個(gè)函數(shù)。該例程中很多工作及rominit()是相同，目是保證內(nèi)核映像在啟動(dòng)及冷運(yùn)行時(shí)，軟硬件環(huán)境高度一致。
最后，對(duì)特定bsf。軟件驅(qū)動(dòng)程序修改，僅僅能在特定bsp目錄下。此設(shè)計(jì)方案中目錄為target/config／integra-tor920t，不要直接在target／src／drv對(duì)及target／h/drv中修改。僅僅有風(fēng)河公司源程序才能存放在這些目錄下。
6 結(jié)論
本文在說明bsp理念，用處與vxworks映像類別對(duì)及系統(tǒng)運(yùn)行過程基礎(chǔ)上，對(duì)atmel公司生產(chǎn)arm9處理器at91rm9200為例，重點(diǎn)說明了vxworksbsp設(shè)計(jì)方案中需修改幾個(gè)顯要文件，最后提出了需注意難題。盡管目標(biāo)板硬件不同，bsp解決方案也不盡相同，但基本思想是一樣。本設(shè)計(jì)方案對(duì)各類研發(fā)板系統(tǒng)移植與后續(xù)應(yīng)用程序軟件研發(fā)有一定參考價(jià)值