基于VxWorks的BSP概念與開發(fā)
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摘要： 本文以VxWorks操作系統(tǒng)為例闡述了BSP的概念和系統(tǒng)啟動流程，并描述了BSP的開發(fā)過程。關(guān)鍵詞：BSP；VxWorks；...
Abstract：
Key words :
摘 要：本文以VxWorks操作系統(tǒng)為例闡述了BSP的概念和系統(tǒng)啟動流程，并描述了BSP的開發(fā)過程。
關(guān)鍵詞：BSP；VxWorks；鏡像；boot Rom
概述
VxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver公司于1983年設(shè)計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統(tǒng)(RTOS)，它采用微內(nèi)核的結(jié)構(gòu)，具有支持多種處理器，豐富的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，良好的兼容性和裁減性等特點，同時具有程序動態(tài)鏈接和下載的功能。
BSP(Board Support Packet——板級支持包)是介于底層硬件和上層軟件之間的底層軟件開發(fā)包，它主要功能為屏蔽硬件，提供操作系統(tǒng)的驅(qū)動及硬件驅(qū)動，具體功能包括：
·單板硬件初始化，主要是CPU的初始化，為整個軟件系統(tǒng)提供底層硬件支持；
·為操作系統(tǒng)提供設(shè)備驅(qū)動程序和系統(tǒng)中斷服務(wù)程序；
·定制操作系統(tǒng)的功能，為軟件系統(tǒng)提供一個實時多任務(wù)的運行環(huán)境；
·初始化操作系統(tǒng)，為操作系統(tǒng)的正常運行做好準(zhǔn)備；
BSP在VxWorks系統(tǒng)中的地位見圖1。
BSP文件在vxworks/target/config/all和vxworks/target/config/bspname文件夾里。其中，all文件夾里的文件是所有BSP的通用文件，bspname文件夾的文件是用戶自己定制的BSP文件。
經(jīng)過編譯、鏈接，并在makefile和depend. bspname等文件的控制下，原程序最后將生成鏡像。VxWorks的鏡像可分為兩類：可下載鏡像和可引導(dǎo)鏡像。
·可下載鏡像(Loadable Image)：實際包括兩部分，一是vxWorks，二是boot ROM，兩部分是獨立創(chuàng)建的。其中boot ROM包括被壓縮的boot ROM鏡像(bootrom)、非壓縮的boot ROM鏡像(bootrom_uncmp)和駐留ROM的boot ROM鏡像(bootrom_res)三種類型；
·可引導(dǎo)鏡像(Bootable Image)：是將引導(dǎo)程序和vxWorks融為一體的鏡像，它常常是最終產(chǎn)品，包括不駐留ROM的鏡像和駐留ROM的鏡像兩種類型。
VxWorks系統(tǒng)啟動流程
一般來說，所有處理器的VxWorks系統(tǒng)啟動流程都是相似的，但有些處理器會有一些特殊的步驟，而另一些處理器會跳過幾個步驟。
下面以CPU為ARM7TDMI為例具體描述(見表1)。
對于可引導(dǎo)鏡像在usrConfig.c文件里執(zhí)行，對于可下載鏡像在bootConfig.c文件里執(zhí)行。
圖2為壓縮的可引導(dǎo)鏡像的啟動過程圖示，其中所用到的地址的說明見表２。
BSP的開發(fā)過程
建立開發(fā)環(huán)境
主要是以目標(biāo)板CPU的BSP文件為模板，在 ornado argetconfig目錄下創(chuàng)建用戶的BSP目錄bspname，把 ornado argetconfigall下的文件和BSP模板文件拷貝到該目錄下，根據(jù)具體情況選擇合適的VxWorks鏡像類型。
修改模板程序
Makefile
Makefile文件控制鏡像的創(chuàng)建，在Makefile文件里使用了將近135個宏，最簡單的Makefile文件要包含以下的宏：
·CPU：目標(biāo)板CPU的類型；
·TOOL：主機的make工具，為GNU；
·TGT_DIR：target路徑，默認(rèn)為$(WIND_BASE)/target；
·TARGET_DIR：BSP目錄名；
·VENDER：目標(biāo)板生產(chǎn)商名；
·BOARD：目標(biāo)板名；
·ROM_TEXT_ADRS：boot ROM的入口地址(以16進制表示，并且與config.h文件定義相同)；
·ROM_SIZE：ROM的大小；
·RAM_LOW_ADRS：加載vxWorks的目標(biāo)地址；
·RAM_HIGH_ADRS：boot ROM拷貝到RAM的目標(biāo)地址；
·HEX_FLAGS：特殊結(jié)構(gòu)的標(biāo)記，用于產(chǎn)生S－記錄文件；
·MACH_EXTRA：擴展文件，用戶可以加入自己的目標(biāo)模塊；
·除此以外，Makefile文件還需要包括以下文件：
·$(TGT_DIR)/h/make/defs.bsp：Vxworks系統(tǒng)運行的標(biāo)準(zhǔn)變量定義；
·$(TGT_DIR)/h/make/make.$(CPU)$(TOOL)：提供了特別的目標(biāo)機結(jié)構(gòu)和一套編譯工具，如make. ARM7TDMI_Tgnu；
·$(TGT_DIR)/h/make/defs.$(WIND_HOST_TYPE)：提供了與主機系統(tǒng)有關(guān)的定義；
·rules.bsp：在創(chuàng)建目標(biāo)文件時所需要的規(guī)則；
·rules. $(WIND_HOST_TYPE)：指出創(chuàng)建目標(biāo)文件時所需的從屬文件表；
·如果沒有用all目錄下的文件而是拷貝到bspname下修改并使用，需要定義與這些文件有關(guān)的宏，如
BOOTINIT=bootInit.c
這樣在創(chuàng)建鏡像時就不會用all目錄下的文件而使用bspname目錄下的相應(yīng)文件了；
·在Makefile文件里凡是16進制數(shù)前面都無需加“0x”；
bspname.h
根據(jù)具體目標(biāo)板設(shè)置串行接口、時鐘以及I/O設(shè)備等。在該文件中必須包含以下內(nèi)容：
·中斷向量/級別
·I/O設(shè)備地址
·設(shè)備寄存器位的含義
·系統(tǒng)和附加時鐘參數(shù)（最大和最小速率）
config.h
根據(jù)目標(biāo)板的具體情況配置宏定義，注意ROM_TEXT_ADRS、ROM_SIZE、RAM_LOW_ADRS、RAM_HIGH_ADRS要與Makefile文件里定義的一致，LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS和LOCAL_MEM_SIZE要正確。
romInit.s
這是系統(tǒng)上電后運行的第一個程序，根據(jù)具體目標(biāo)板對寄存器和CPU進行設(shè)置；以CPU為ARM7TDMI為例，romInit.s 需要進行的工作有：
·保存啟動方式：對于冷啟動，如果CPU配置的是HIGH VECTORS，就設(shè)置入口地址為0xFFFF0000，否則設(shè)置入口地址為0x00000000；
·屏蔽中斷：通過設(shè)置cpsr的I_BIT和F_BIT都為1來實現(xiàn)，還要設(shè)置中斷寄存器為關(guān)模式，同時設(shè)定運行模式為SVC32模式；
·初始化堆棧指針pc和sp：堆棧指針sp指向STACK_ADRS，這個宏的定義為當(dāng)鏡像為駐留ROM時，該宏值為_sdata，當(dāng)鏡像為非駐留ROM時該宏值為_romInit，這兩個地址經(jīng)過地址映射后都指向被拷貝鏡像在RAM的目標(biāo)地址；
·初始化cache，屏蔽cache；
·根據(jù)具體目標(biāo)板的需要初始化其他寄存器；
·指針跳轉(zhuǎn)到romStart()函數(shù)并執(zhí)行；
bootConfig.c
一般不需要用戶修改，也可以根據(jù)具體情況做適當(dāng)修改；
sysALib.s
與romInit.s文件實現(xiàn)的功能相似，但如果在romInit.s文件里對DRAM和內(nèi)存控制器進行了初始化在這里不再進行這項工作；
創(chuàng)建VxWorks鏡像
根據(jù)具體需要在命令行環(huán)境下利用Makefile創(chuàng)建各種鏡像，也可以在Tornado的集成環(huán)境下Build菜單中選擇Build Boot ROM來創(chuàng)建各種類型的Boot ROM；
除此以外，如果系統(tǒng)硬件包括串口，還要根據(jù)具體情況修改sysSerial.c文件；如果包含網(wǎng)絡(luò)部分要修改configNet.h；如果包含NVRAM要修改bootnv.h文件。總之，BSP的開發(fā)要根據(jù)具體目標(biāo)板的硬件進行。
結(jié)語
我們已經(jīng)利用基于VxWorks的BSP開發(fā)包成功的進行了線纜調(diào)制解調(diào)器的底層軟件開發(fā)。在開發(fā)過程中深感BSP在整個系統(tǒng)軟件中的重要性——沒有正確的BSP軟件，整個系統(tǒng)的啟動和運行也不會正確。另外需要強調(diào)的是：BSP的概念只是針對嵌入式操作系統(tǒng)而言的，而像DOS、WINDOWS、UNIX等BIOS操作系統(tǒng)是無BSP可言的。對同一目標(biāo)板而言，不同操作系統(tǒng)的BSP在本質(zhì)上是一樣的，但是不同的操作系統(tǒng)將提供不同的支持庫，另外在BSP結(jié)構(gòu)上也可能會有所不同，在做BSP移植的時候應(yīng)該注意。■
參考文獻
1. Tornado BSP Developer誷 Kit for VxWorks User誷 Guide，Tornado 2.0，Edition 1，1999
2. Tornado BSP Developer誷 Kit for VxWorks User誷 Guide，Tornado 1.0.1，Edition 1，1997
3. VxWorks Programmer誷 Guides，Edition 1，1999
關(guān)鍵詞：BSP；VxWorks；鏡像；boot Rom
概述
VxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver公司于1983年設(shè)計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統(tǒng)(RTOS)，它采用微內(nèi)核的結(jié)構(gòu)，具有支持多種處理器，豐富的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，良好的兼容性和裁減性等特點，同時具有程序動態(tài)鏈接和下載的功能。
BSP(Board Support Packet——板級支持包)是介于底層硬件和上層軟件之間的底層軟件開發(fā)包，它主要功能為屏蔽硬件，提供操作系統(tǒng)的驅(qū)動及硬件驅(qū)動，具體功能包括：
·單板硬件初始化，主要是CPU的初始化，為整個軟件系統(tǒng)提供底層硬件支持；
·為操作系統(tǒng)提供設(shè)備驅(qū)動程序和系統(tǒng)中斷服務(wù)程序；
·定制操作系統(tǒng)的功能，為軟件系統(tǒng)提供一個實時多任務(wù)的運行環(huán)境；
·初始化操作系統(tǒng)，為操作系統(tǒng)的正常運行做好準(zhǔn)備；
BSP在VxWorks系統(tǒng)中的地位見圖1。
BSP文件在vxworks/target/config/all和vxworks/target/config/bspname文件夾里。其中，all文件夾里的文件是所有BSP的通用文件，bspname文件夾的文件是用戶自己定制的BSP文件。
經(jīng)過編譯、鏈接，并在makefile和depend. bspname等文件的控制下，原程序最后將生成鏡像。VxWorks的鏡像可分為兩類：可下載鏡像和可引導(dǎo)鏡像。
·可下載鏡像(Loadable Image)：實際包括兩部分，一是vxWorks，二是boot ROM，兩部分是獨立創(chuàng)建的。其中boot ROM包括被壓縮的boot ROM鏡像(bootrom)、非壓縮的boot ROM鏡像(bootrom_uncmp)和駐留ROM的boot ROM鏡像(bootrom_res)三種類型；
·可引導(dǎo)鏡像(Bootable Image)：是將引導(dǎo)程序和vxWorks融為一體的鏡像，它常常是最終產(chǎn)品，包括不駐留ROM的鏡像和駐留ROM的鏡像兩種類型。
VxWorks系統(tǒng)啟動流程
一般來說，所有處理器的VxWorks系統(tǒng)啟動流程都是相似的，但有些處理器會有一些特殊的步驟，而另一些處理器會跳過幾個步驟。
下面以CPU為ARM7TDMI為例具體描述(見表1)。
對于可引導(dǎo)鏡像在usrConfig.c文件里執(zhí)行，對于可下載鏡像在bootConfig.c文件里執(zhí)行。
圖2為壓縮的可引導(dǎo)鏡像的啟動過程圖示，其中所用到的地址的說明見表２。
BSP的開發(fā)過程
建立開發(fā)環(huán)境
主要是以目標(biāo)板CPU的BSP文件為模板，在 ornado argetconfig目錄下創(chuàng)建用戶的BSP目錄bspname，把 ornado argetconfigall下的文件和BSP模板文件拷貝到該目錄下，根據(jù)具體情況選擇合適的VxWorks鏡像類型。
修改模板程序
Makefile
Makefile文件控制鏡像的創(chuàng)建，在Makefile文件里使用了將近135個宏，最簡單的Makefile文件要包含以下的宏：
·CPU：目標(biāo)板CPU的類型；
·TOOL：主機的make工具，為GNU；
·TGT_DIR：target路徑，默認(rèn)為$(WIND_BASE)/target；
·TARGET_DIR：BSP目錄名；
·VENDER：目標(biāo)板生產(chǎn)商名；
·BOARD：目標(biāo)板名；
·ROM_TEXT_ADRS：boot ROM的入口地址(以16進制表示，并且與config.h文件定義相同)；
·ROM_SIZE：ROM的大小；
·RAM_LOW_ADRS：加載vxWorks的目標(biāo)地址；
·RAM_HIGH_ADRS：boot ROM拷貝到RAM的目標(biāo)地址；
·HEX_FLAGS：特殊結(jié)構(gòu)的標(biāo)記，用于產(chǎn)生S－記錄文件；
·MACH_EXTRA：擴展文件，用戶可以加入自己的目標(biāo)模塊；
·除此以外，Makefile文件還需要包括以下文件：
·$(TGT_DIR)/h/make/defs.bsp：Vxworks系統(tǒng)運行的標(biāo)準(zhǔn)變量定義；
·$(TGT_DIR)/h/make/make.$(CPU)$(TOOL)：提供了特別的目標(biāo)機結(jié)構(gòu)和一套編譯工具，如make. ARM7TDMI_Tgnu；
·$(TGT_DIR)/h/make/defs.$(WIND_HOST_TYPE)：提供了與主機系統(tǒng)有關(guān)的定義；
·rules.bsp：在創(chuàng)建目標(biāo)文件時所需要的規(guī)則；
·rules. $(WIND_HOST_TYPE)：指出創(chuàng)建目標(biāo)文件時所需的從屬文件表；
·如果沒有用all目錄下的文件而是拷貝到bspname下修改并使用，需要定義與這些文件有關(guān)的宏，如
BOOTINIT=bootInit.c
這樣在創(chuàng)建鏡像時就不會用all目錄下的文件而使用bspname目錄下的相應(yīng)文件了；
·在Makefile文件里凡是16進制數(shù)前面都無需加“0x”；
bspname.h
根據(jù)具體目標(biāo)板設(shè)置串行接口、時鐘以及I/O設(shè)備等。在該文件中必須包含以下內(nèi)容：
·中斷向量/級別
·I/O設(shè)備地址
·設(shè)備寄存器位的含義
·系統(tǒng)和附加時鐘參數(shù)（最大和最小速率）
config.h
根據(jù)目標(biāo)板的具體情況配置宏定義，注意ROM_TEXT_ADRS、ROM_SIZE、RAM_LOW_ADRS、RAM_HIGH_ADRS要與Makefile文件里定義的一致，LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS和LOCAL_MEM_SIZE要正確。
romInit.s
這是系統(tǒng)上電后運行的第一個程序，根據(jù)具體目標(biāo)板對寄存器和CPU進行設(shè)置；以CPU為ARM7TDMI為例，romInit.s 需要進行的工作有：
·保存啟動方式：對于冷啟動，如果CPU配置的是HIGH VECTORS，就設(shè)置入口地址為0xFFFF0000，否則設(shè)置入口地址為0x00000000；
·屏蔽中斷：通過設(shè)置cpsr的I_BIT和F_BIT都為1來實現(xiàn)，還要設(shè)置中斷寄存器為關(guān)模式，同時設(shè)定運行模式為SVC32模式；
·初始化堆棧指針pc和sp：堆棧指針sp指向STACK_ADRS，這個宏的定義為當(dāng)鏡像為駐留ROM時，該宏值為_sdata，當(dāng)鏡像為非駐留ROM時該宏值為_romInit，這兩個地址經(jīng)過地址映射后都指向被拷貝鏡像在RAM的目標(biāo)地址；
·初始化cache，屏蔽cache；
·根據(jù)具體目標(biāo)板的需要初始化其他寄存器；
·指針跳轉(zhuǎn)到romStart()函數(shù)并執(zhí)行；
bootConfig.c
一般不需要用戶修改，也可以根據(jù)具體情況做適當(dāng)修改；
sysALib.s
與romInit.s文件實現(xiàn)的功能相似，但如果在romInit.s文件里對DRAM和內(nèi)存控制器進行了初始化在這里不再進行這項工作；
創(chuàng)建VxWorks鏡像
根據(jù)具體需要在命令行環(huán)境下利用Makefile創(chuàng)建各種鏡像，也可以在Tornado的集成環(huán)境下Build菜單中選擇Build Boot ROM來創(chuàng)建各種類型的Boot ROM；
除此以外，如果系統(tǒng)硬件包括串口，還要根據(jù)具體情況修改sysSerial.c文件；如果包含網(wǎng)絡(luò)部分要修改configNet.h；如果包含NVRAM要修改bootnv.h文件。總之，BSP的開發(fā)要根據(jù)具體目標(biāo)板的硬件進行。
結(jié)語
我們已經(jīng)利用基于VxWorks的BSP開發(fā)包成功的進行了線纜調(diào)制解調(diào)器的底層軟件開發(fā)。在開發(fā)過程中深感BSP在整個系統(tǒng)軟件中的重要性——沒有正確的BSP軟件，整個系統(tǒng)的啟動和運行也不會正確。另外需要強調(diào)的是：BSP的概念只是針對嵌入式操作系統(tǒng)而言的，而像DOS、WINDOWS、UNIX等BIOS操作系統(tǒng)是無BSP可言的。對同一目標(biāo)板而言，不同操作系統(tǒng)的BSP在本質(zhì)上是一樣的，但是不同的操作系統(tǒng)將提供不同的支持庫，另外在BSP結(jié)構(gòu)上也可能會有所不同，在做BSP移植的時候應(yīng)該注意。■
參考文獻
1. Tornado BSP Developer誷 Kit for VxWorks User誷 Guide，Tornado 2.0，Edition 1，1999
2. Tornado BSP Developer誷 Kit for VxWorks User誷 Guide，Tornado 1.0.1，Edition 1，1997
3. VxWorks Programmer誷 Guides，Edition 1，1999
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