電子科技大學(xué)自動化工程學(xué)院 王俊麗 王志剛

引 言

美國WindRiver公司于1983年設(shè)計開發(fā)的VxWorks操作系統(tǒng)是一種嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)（RTOS），是嵌入式操作系統(tǒng)的典型代表，它的高可靠性、可剪裁性、強(qiáng)實(shí)時性被廣泛的應(yīng)用在軍事、通信、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習(xí)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航等。BSP(Board Support Package)在VxWorks操作系統(tǒng)中起到了部分接口的驅(qū)動和硬件初始化的作用，它是生成bootrom和VxWorks映像文件的前提，而S3C2440是Samsung公司設(shè)計的ARM920T系列的核心處理器，是嵌入式領(lǐng)域比較常用的ARM處理器。因此，研究基于S3C2440平臺上的Vxworks BSP移植具有重要的意義。本文就BSP的概念、BSP移植過程中重點(diǎn)修改的幾個文件、串口和網(wǎng)口驅(qū)動以及BSP的調(diào)試和仿真做詳細(xì)的介紹。

BSP概述

VxWorks操作系統(tǒng)將所有硬件的功能函數(shù)分別放到一系列庫中，這些庫就被稱為板級支持包BSP。BSP是連接VxWorks操作系統(tǒng)與硬件平臺的一個接口軟件包，在引導(dǎo)系統(tǒng)、支持系統(tǒng)運(yùn)行過程中扮演著重要的角色，首先，通過BSP可以生成引導(dǎo)操作系統(tǒng)的bootrom；其次，引導(dǎo)行工程的建立基礎(chǔ)就是BSP；最后，BSP具有與用戶交互的作用，可以提供一個基礎(chǔ)的硬件調(diào)試環(huán)境。BSP還可以使VxWorks運(yùn)行于特定的硬件平臺，如ARM、PPC、X86等，它包含了一系列與硬件相關(guān)的函數(shù)，完成針對硬件的基本輸入與輸出操作，可以使上層程序員在不用熟悉硬件的情況下進(jìn)行編程。例如，一般它完成以下操作：目標(biāo)板硬件初始化、內(nèi)存控制器初始化、堆棧初始化、外圍設(shè)備初始化（I/O、Interrupt……）、異常向量處理、CACHE操作、硬件設(shè)備的底層驅(qū)動、定時器驅(qū)動、串口驅(qū)動、END網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動、FLASH驅(qū)動、LCD驅(qū)動等。

BSP在嵌入式系統(tǒng)中扮演的角色，很類似于在PC系統(tǒng)中的BIOS和驅(qū)動程序的地位。圖1中包括了VxWorks操作系統(tǒng)的各種組件，指明了BSP在整個系統(tǒng)中所處的地位和作用。

VxWorks在S3C2440上的BSP設(shè)計

S3C2440簡介

移植目標(biāo)機(jī)的硬件配置具體如下：處理器S3C2440，采用ARM920T內(nèi)核，內(nèi)存大小64M；NAND Flash大小為128M；

NOR Flash大小為2M；3路URAT；2路SPI；IIC總線接口；網(wǎng)卡：DM9000，10/100M的自適應(yīng)。



圖1 BSP在嵌入式系統(tǒng)中的位置框圖

BSP的移植過程

要進(jìn)行BSP的開發(fā)和設(shè)計，最好有一個可參考的模板，由于Samsung S3C2440A的內(nèi)核是ARM920T，所以參考的模板選擇Tornado for arm 的integrator920t。BSP文件主要在VxWorks編譯環(huán)境Tornado的目錄target/config/all和target/config/integrator920t文件夾中。其中，all文件夾里的文件對于絕大多數(shù)BSP都是共用的，一般來說不用怎么修改，重點(diǎn)是修改integrator920文件夾下的幾個文件，這主要是指makefile、config.h、rominit.s和sysLib.c中相關(guān)部分的修改，另外添加了串口驅(qū)動和DM9000的網(wǎng)卡驅(qū)動。

修改Makefile文件

Makefile的兩個主要功能就是提供文件之間的依賴關(guān)系和目標(biāo)文件生成方法，定義編譯和鏈接整個BSP的規(guī)則，在makefile文件中有一些參數(shù)已經(jīng)在config.h文件中定義過了，但是必須保證兩處的定義一致，否則會出現(xiàn)編譯錯誤。下面介紹一些需要修改的參數(shù)：

CPU：描述目標(biāo)板的處理器類型，設(shè)計中為ARMARCH4；

TOOL：該參數(shù)用來選擇編譯工具，VxWorks中可使用GNU和DIAB兩種，設(shè)計中用GNU編譯器來編譯目標(biāo)代碼；

TGT_DIR：默認(rèn)設(shè)置為$(WIND_BASE)/target；

TARGET_DIR：默認(rèn)為BSP所在的目錄，設(shè)計中為mini2440；

VENDOR：板卡生產(chǎn)商的名稱，設(shè)計中為HITSAT；

BOARD：板卡的名稱，設(shè)計中為OMU；

ROM_SIZE：ROM或Flash的大小（十六進(jìn)制）；

RAM_LOW_ADRS：VxWorks在RAM中的起始地址，即入口地址；

RAM_HIGH_ADRS：非駐留ROM內(nèi)核的啟動程序加載地址。關(guān)于入口地址和高位地址的指定需參考硬件的RAM組織。

該文件下其余的設(shè)置和定義都與模板中的一致。

修改config.h

config.h文件是BSP軟件中比較重要的一個文件，VxWorks內(nèi)核組件的配置可以通過config.h文件來定義。config.h文件包含了所有頭文件和CPU相關(guān)的特殊定義，config.h文件中的配置參數(shù)是在configAll.h文件內(nèi)容的基礎(chǔ)上根據(jù)開發(fā)板的硬件資源設(shè)置的，其中包括定義引導(dǎo)行、修改存儲空間的地址等。下面詳細(xì)介紹config.h文件中修改的部分配置參數(shù)：

（1）定義引導(dǎo)行

#define DEFAULT_BOOT_LINE "dm(0,0) zwj-PC:d:\VxWorks h=192.168.0.1 e=192.168.0.2 u=zwjhjj pw=zwjfile tn=mini2440"

其中：dm(0,0)為boot device，即啟動設(shè)備映像；

zwj-PC為host name，即主機(jī)名；

d:\VxWorks為file name，即要下載的VxWorks鏡像文件路徑；

h=192.168.0.1為主機(jī)IP地址；

e=192.168.0.2為目標(biāo)板IP地址；

u=zwjhjj為FTP登陸時的用戶名；

pw=zwjfile為FTP登陸時的密碼；

tn=mini2440為目標(biāo)板名稱。

（2）修改地址

對目標(biāo)板存儲區(qū)配置參數(shù)的修改時一定要注意：該文件中地址定義，如ROM-TEXT-ADRS、ROM-SIZE、RAM-LOW-ADR、SRAM-HIGH-SIZE等要與Makefile文件中的相關(guān)定義一致。根據(jù)實(shí)際CPU以及外擴(kuò)存儲器的大小來確定目標(biāo)板內(nèi)存。

#define LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS 0x30000000 / *RAM的起始地址*/

#define LOCAL_MEM_SIZE 0x04000000 /*RAM的大小為64M*/

#define ROM_BASE_ADRS 0x00000000 /*Flash的基地址*/

#define ROM_SIZE0x00100000 /*存VxWorks的Flash大小*/

#define ROM_COPY_SIZE ROM_SIZE

#define ROM_SIZE_TOTAL 0x00200000 /*Flash總大小*/

#define RAM_LOW_ADRS 0x30001000 /*VxWorks 映像的入口地址*/

#define RAM_HIGH_ADRS 0x32e00000 /*Bootrom在RAM中的起始地址*/

修改S3C2440x.h

該文件是自己添加的一個文件，其中包括處理器相關(guān)的外設(shè)寄存器結(jié)構(gòu)、地址、外設(shè)中斷號分配、串口等的設(shè)置。下面主要介紹一下該文件中對串口的定義：

/* s3c2440串口的定義*/

#define UART_XTAL_FREQ s3c2440x_PCLK

/*串口時鐘頻率*/

#define N_s3c2440x_UART_CHANNELS 3 /*串口通道數(shù) */

#define N_SIO_CHANNELS N_s3c2440x_UART_CHANNELS

#define N_UART_CHANNELS N_s3c2440x_UART_CHANNELS

#define UART_0_BASE_ADR 0x50000000 /*串口0的基地址*/

#define UART_1_BASE_ADR 0x50004000/*串口1的基地址*/

#define UART_2_BASE_ADR 0x50008000/*串口2的基地址*/

另外又添加了一個s3c2440xSio.h文件，在該文件中定義了串口數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

typedef struct s3c2440x_CHAN

{ SIO_CHAN sio; /* 標(biāo)準(zhǔn)SIO_CHAN結(jié)構(gòu) */

STATUS (*getTxChar) (); /*安裝發(fā)送回調(diào)函數(shù) */

STATUS (*putRcvChar) (); /*安裝接收回調(diào)函數(shù) */

void * getTxArg;

void * putRcvArg;

…….

UINT32 channelMode; /*當(dāng)前模式（中斷或輪詢）*/

int baudRate; /*當(dāng)前波特率*/

}

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)初始化之后，還有幾個重要的函數(shù)需要注意：sysHwInit()：處理器I/O端口的初始化；sysSerialHwInit()：初始化設(shè)備描述符；sysSerialHwInit2()：通過intConnect()把串口的中斷處理程序s3c2440xIntTx、s3c2440xIntRcv連接接到相應(yīng)的中斷向量上，并由int Enable()開啟兩個中斷，調(diào)用s3c2440xDevInit2()對_UCON寄存器賦值完成對串口的最終配置由輪詢模式轉(zhuǎn)換為中斷模式，并在中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。通過對這些功能函數(shù)的添加完成串口驅(qū)動的設(shè)計。

修改romInit.s

部分代碼修改如下：

/*添加了對串行口UART的初始化，配置了UART的一些控制寄存器，并設(shè)置了波特率，部分代碼如下*/

InitUART：

#define UART_BRD (( 50750000 / (115200 * 16)) - 1)

mov r2，#UART_BRD /*設(shè)置串口的波特率 */

/*初始化堆棧指針*/

ldr sp, L$_STACK_ADDR

mov fp, #0

在建立堆棧之后，系統(tǒng)就具備了高級語言的執(zhí)行條件，后續(xù)的代碼就可以用C語言來實(shí)現(xiàn)了。

/*使程序跳轉(zhuǎn)至C語言程序段代碼如下*/

#if (ARM_THUMB)

ldr r12，L$_rStrtInRom

orr r12，r12， #1

bx r12

#else

ldr pc，L$_rStrtInRom /*跳轉(zhuǎn)到romStart()中執(zhí)行*/ #endif

CPU將執(zhí)行權(quán)轉(zhuǎn)移給romStart()之后。該函數(shù)就使內(nèi)存清空，然后把整個引導(dǎo)映像復(fù)制到內(nèi)存中，最后將CPU的控制權(quán)交給usrInit()。

修改sysLib.c

文件sysLib.c提供VxWorks和應(yīng)用程序間的板級聯(lián)系，這里重點(diǎn)介紹一下內(nèi)存映射函數(shù)。

目標(biāo)系統(tǒng)開啟了MMU模塊，BSP在sysLib.c文件里面就定義了一個sysPhysMemDesc[ ]表。部分代碼如下所示：

PHYS_MEM_DESC sysPhysMemDesc [] =

{ (void*) (ROM_BASE_ADRS+0xf0000000)， (void *) (ROM_BASE_ADRS)，

ROUND_UP(ROM_SIZE_TOTAL*2，PAGE_SIZE)，

VM_STATE_MASK_VALID|VM_STATE_MASK_WRITABLE|VM_STATE_MASK_CACHEABLE，

VM_STATE_VALID|VM_STATE_WRITABLE_NOT|VM_STATE_CACHEABLE_NOT

}

上面一小段代碼是對ROM_BASE_ADRS 的內(nèi)存映射，ROM_BASE_ADRS+0xf0000000是要映射的虛擬地址，ROM_BASE_ADRS是硬件設(shè)計時定義的實(shí)際物理地址，ROUND_UP(ROM_SIZE_TOTAL*2,PAGE_SIZE)是映射長度，VM_STATE_MASK_VALID|VM_STATE_MASK_WRITABLE|VM_STATE_MASK_CACHEABLE是可初始化的地址狀態(tài)，VM_STATE_VALID|VM_STATE_WRITABLE_NOT|VM_STATE_CACHEABLE_NOT是實(shí)際初始化的地址狀態(tài)。

若添加新的外設(shè)，該外設(shè)對應(yīng)的內(nèi)存空間必須在sysPhysMemDesc[]中配置。通過這樣的配置就完成了內(nèi)存映射和MMU的開啟。

修改dm9kEnd.c

由于S3C2440使用的是DM9000網(wǎng)卡。要做好DM9000網(wǎng)卡的END驅(qū)動首先要初始化網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)dm9kDevice，這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

typedef struct dm9kDevice

{

END_OBJ endObj; /*繼承類 */

int unit; /*設(shè)備單元號 */

UINT32 flags; /* 本地標(biāo)志信號*/

int ivec; /* 中斷向量 */

int ilevel; *中斷級 */

……

} DM9K_DRV_CTRL

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的END_OBJ類型成員、網(wǎng)卡單元號、中斷號和中斷向量是網(wǎng)卡驅(qū)動中必須包含的成員元素。

驅(qū)動的部分接口函數(shù)，主要包括網(wǎng)卡加載函數(shù)dm9kEndLoad、網(wǎng)卡啟動函數(shù)dm9kStart、停止網(wǎng)卡函數(shù)dm9kStop、網(wǎng)卡控制函數(shù)dm9kIoctl、網(wǎng)卡卸載函數(shù)dm9kUnload、網(wǎng)卡發(fā)送函數(shù)dm9kSend、獲取組播地址函數(shù)dm9kMCastGet、啟動輪詢模式函數(shù)dm9kPollStart、關(guān)閉輪詢模式函數(shù)dm9kPollStop、輪詢模式發(fā)送函數(shù)dm9kPollSend、輪詢模式接收函數(shù)dm9kPollRcv等，通過對這些接口函數(shù)編寫功能，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)卡驅(qū)動。

在編寫驅(qū)動的過程中，還必須注意：由于目標(biāo)板用一種100pin的DM9000芯片，這種芯片除了有CMD信號之外，還有6根地址片選信號SA4~SA9，根據(jù)SA4~SA9對應(yīng)的CPU地址線和數(shù)據(jù)手冊上引腳定義，可以計算出網(wǎng)卡的端口地址，如果SA4~SA9對應(yīng)CPU地址的addr4~addr9，那么網(wǎng)卡端口基址就是0x18000300，這樣可以計算出網(wǎng)卡的基地址。


圖2 VxWorks COM1口的打印信息

BSP的調(diào)試與仿真

BSP修改完成以后，就要進(jìn)行調(diào)試了，這里采用點(diǎn)亮LED燈的調(diào)試方法，寫一段點(diǎn)燈程序，用BSP生成bootrom和VxWorks映像，使用H-JTAG軟件將bootrom燒寫進(jìn)目標(biāo)板的norflash中，通過在不同位置反復(fù)的調(diào)用點(diǎn)燈程序和燒寫bootrom到norflash中來調(diào)試BSP，并通過串口查看調(diào)試信息，如圖2所示，是操作系統(tǒng)啟動過程中，經(jīng)過串口傳輸?shù)街鳈C(jī)上打印的調(diào)試消息，通過這些信息可以判斷出系統(tǒng)啟動過程中哪一部分出現(xiàn)了問題。

圖3 VxWorks Shell界面

系統(tǒng)上電之后，bootrom首先運(yùn)行，然后通過網(wǎng)線將VxWorks映像文件下載進(jìn)rom中，圖3所示為VxWorks的Shell界面，顯示設(shè)備列表有串口和網(wǎng)口，表明串口和網(wǎng)口驅(qū)動成功。

GEC