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【转】VxWorks在S3C2410上的BSP设计

摘要：VxWorks是美国WindRiver公司设计开发的一种嵌入式实时操作系统，可移植性是对嵌入式操作系统的一个重要要求，VxWorks BSP(板极支持包)正是实现可移植性的中间层软件，使操作系统的应用代码独立于具体硬件．本文介绍了VxWorks BSP的开发，分析了VxWorks的启动过程，给出了基于三星S3C2410处理器开发板的BSP设计以及VxWorks的映像编译下载，其中重点介绍了BSP中几个重要文件和函数的设计，最后提出了开发调试过程中的几个注意点。

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，嵌入式系统中也没有对BSP有明确统一的定义，不同的嵌入式系统BSP实现的功能有所差别。在VxWorks系统中，对BSP描述为介于底层硬件环境和VxWorks之间的软件接口，它的主要功能是系统加电后初始化目标机硬件，初始化操作系统及提供部分硬件的驱动程序。

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。
VxWorks映像启动过程
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：
S3C2410开发板功能结构图
图4 S3C2410开发板功能结构图

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
/*固定在零点*/
#define LOCAL-MEM-BUS-ADRS 0x00000000
/*固定在零点・/
#define LOCAL-MEM-SIZE 0x04000000
/*64MB由两片32M的外扩SDRAM组成*/
#define ROM-BASE-ADRS 0x24000000
/*ROM基地址*/
#define ROM-TEXT-ADRS ROM-BASE-ADRS
/*ROM中代码起始地址*/
#define ROM-SIZE 0x00100000
define RAM-LOW-ADRS 0x00001000
/*VxWorks映像入口点，对所有ARM处理器存储布局都一样*/
#define RAM-HIGH-ADRS 0x00600000
/* boot ROM在RAM中的入口*/
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
/*R2的值传递给中断控制器*/
MVN r1，#0/*&FFFFFFFF*/
STR r1，[r2，#FIQ-DISABLE-IC-BASE]
/*关闭所有FIQ中断源*/
STR r1，[r2，#IRQ-DISABLE-IC-BASE]
/*关闭所有IRQ中断源*/
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;
/*初始化IRQ/SVC中断堆栈程序*/
#if defined(INCLUDE-PCI)
sysV3Init()，/*初始化V3 PCI桥接控制器*/
if(pciIomapLibInit(PCI-MECHANISM-3,CPU-PCI-CNFIG-ADRS,CPU-PCI-CNFG-ADRS,0) !=OK)
sysToMonitor(BOOT-NO-AUTOBOOT);

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