跳至主要内容

【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);

评论

此博客中的热门博文

【转】嵌入式开发中使用DDD进行调试

 在嵌入式程序开发过程中,程序员要进行大量的调试,以此验证程序的正确性,修改潜在的错误。调试器对于程序员来说是不可或缺的必备工具。在Linux环境中,有很多调试工具和调试辅助工具,例如GDB、XXGDB、RHIDE、XWPE、GVD和DDD等。其中,DDD是命令行调试器的图形前端,除了一般的程序调试功能以外,还具有交互式图形数据显示的功能。它在嵌入式应用开发中也十分出色。本文主要讲述DDD(Data Display Debugger)的使用方法。      1.认识DDD     GNU DDD是命令行调试程序,如GDB、DBX、WDB、Ladebug、JDB、XDB、Perl Debugger或Python Debugger的可视化图形前端。它特有的图形数据显示功能(Graphical Data Display)可以把数据结构按照图形的方式显示出来。DDD最初源于1990年Andreas Zeller编写的VSL结构化语言,后来经过一些程序员的努力,演化成今天的模样。DDD的功能非常强大,可以调试用C\C++、Ada、 Fortran、Pascal、Modula-2和Modula-3编写的程序;可以超文本方式浏览源代码;能够进行断点设置、回溯调试和历史纪录编辑;具有程序在终端运行的仿真窗口,并在远程主机上进行调试的能力;图形数据显示功能(Graphical Data Display)是创建该调试器的初衷之一,能够显示各种数据结构之间的关系,并将数据结构以图形化形式显示;具有GDB/DBX/XDB的命令行界面,包括完全的文本编辑、历史纪录、搜寻引擎。     DDD是开源软件,用户可以去 http://www.cs.tubs.de/softech/ddd/ 下载.rpm格式的DDD源码文件。      图1显示的是DDD的主窗口。它主要由选单栏、工具条、数据窗口、源文件窗口、机器码窗口、控制台和命令工具窗口等几部分组成。其中,数据窗口用于观察复杂的数据结构,在删除数据之后,显示仍然有效;源文件窗口显示源代码、断点和当前执行到达的位置,选择该窗口中的"Display"项,可以显示任意表达式的值;机...

【转】cs8900网卡的移植至基于linux2.6内核的s3c2410平台

cs8900网卡的移植至基于linux2.6内核的s3c2410平台(转) 2008-03-11 20:58 硬件环境:SBC-2410X开发板(CPU:S3C2410X) 内核版本:2.6.11.1 运行环境:Debian2.6.8 交叉编译环境:gcc-3.3.4-glibc-2.3.3 第一部分 网卡CS8900A驱动程序的移植 一、从网上将Linux内核源代码下载到本机上,并将其解压: #tar jxf linux-2.6.11.1.tar.bz2 二、打开内核顶层目录中的Makefile文件,这个文件中需要修改的内容包括以下两个方面。 (1)指定目标平台。 移植前:         ARCH?= $(SUBARCH) 移植后: ARCH            :=arm (2)指定交叉编译器。 移植前: CROSS_COMPILE ?= 移植后: CROSS_COMPILE   :=/opt/crosstool/arm-s3c2410-linux-gnu/gcc-3.3.4-glibc-2.3.3/bin/arm-s3c2410-linux-gnu- 注:这里假设编译器就放在本机的那个目录下。 三、添加驱动程序源代码,这涉及到以下几个方面。(1)、从网上下载了cs8900.c和cs8900.h两个针对2.6.7的内核的驱动程序源代码,将其放在drivers/net/arm/目录下面。 #cp cs8900.c ./drivers/net/arm/ #cp cs8900.h ./drivers/net/arm/ 并在cs8900_probe()函数中,memset (&priv,0,sizeof (cs8900_t));函数之后添加如下两条语句: __raw_writel(0x2211d110,S3C2410_BWSCON); __raw_writel(0x1f7c,S3C2410_BANKCON3); 注:其原因在"第二部分"解释。 (2)、修改drivers/net/arm/目录下的Kconfig文件,在最后添加如...

【转】函数指针和指针函数

【函数指针】        在程序运行中,函数代码是程序的算法指令部分,它们和数组一样也占用存储空间,都有相应的地址。可以使用指针变量指向数组的首地址,也可以使用指针变量指向函数代码的首地址,指向函数代码首地址的指针变量称为函数指针。 1.函数指针定义 函数类型 (*指针变量名)(形参列表); "函数类型"说明函数的返回类型,由于"()"的优先级高于"*",所以指针变量名外的括号必不可少,后面的"形参列表"表示指针变量指向的函数所带的参数列表。 例如: int (*f)(int x); double (*ptr)(double x); 在定义函数指针时请注意:     函数指针和它指向的函数的参数个数和类型都应该是―致的; 函数指针的类型和函数的返回值类型也必须是一致的。 2.函数指针的赋值 函数名和数组名一样代表了函数代码的首地址,因此在赋值时,直接将函数指针指向函数名就行了。 例如, int func(int x);   /* 声明一个函数 */ int (*f) (int x);    /* 声明一个函数指针 */ f=func;            /* 将func函数的首地址赋给指针f */ 赋值时函数func不带括号,也不带参数,由于func代表函数的首地址,因此经过赋值以后,指针f就指向函数func(x)的代码的首地址。 3.通过函数指针调用函数 函数指针是通过函数名及有关参数进行调用的。 与其他指针变量相类似,如果指针变量pi是指向某整型变量i的指针,则*p等于它所指的变量i;如果pf是指向某浮点型变量f的指针,则*pf就等价于它所指的变量f。同样地,*f是指向函数func(x)的指针,则*f就代表它所指向的函数func。所以在执行了f=func;之后,(*f)和func代表同一函数。 由于函数指针指向存储区中的某个函数,因此可以通过函数指针调用相应的函数。现在我们就讨论如何用函数指针调用函数,它应执行下面三步: 首先,要说明函数指针变量。 例如:int (*f)...