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基于VxWorks的BSP技术分析

 VxWorks是由美国Wind River 公司推出的一种强嵌入式实时操作系统(RTOS)。它采用微内核结构,具有高可靠性、实时性、可裁减性等特点,而且支持多种CPU。VxWorks的一个重要特点是它的可移植性,应用程序编码在很大程度上与目标板的硬件和结构无关。它把所有特定的硬件功能都集成在一个称之为板级支持包BSP(Board Support Package)的库中。

目前为止Wind River公司提供的基于某一CPU 评估板的BSP 超过200个,当用户开发自己目标板的BSP时,比较简单的方法是从所提供的BSP中选一个最接近的来修改。这里提到的BSP的设计就是指这种板级的对依赖于硬件的源代码做必要的修改、增加或删除,以满足特定的硬件环境。

1 BSP的概念

BSP(Board Support Package,——板级支持包)是介于底层硬件和上层软件之间的底层软件开发包,这源于嵌入式操作系统与硬件无关的设计思想。如今的各种嵌入式系统,都采用了分层的设计方法。它将系统中与硬件直接相关的一层软件独立出来,称之为板级支持包(BSP)。这里BSP的主要功能为屏蔽硬件,提供操作系统的驱动及硬件驱动,具体功能包括:

(1)目标板硬件初始化,主要是CPU的初始化,为整个系统提供底层硬件支持;

(2)为操作系统提供设备驱动程序和系统中断服务程序;

(3)定制操作系统的功能,为软件系统提供一个实时多任务的运行环境;

(4)初始化操作系统,为操作系统的正常运行做好准备;无线SOC开发平台499元 S3C44B0 ARM7开发板378元S3C2410 ARM9开发板780元 AT91SAM7S64 ARM7 单片机开发板之王——ELITE-I单片机学习开发系统1200元 S3C2410 ARM9开发板(II) 950元 EPM1270T144C CPLD开发板 480元

2 BSP文件组成及功能

BSP中包括源代码、头文件、MAKE文件、派生文件以及二进制驱动程序模块。在VxWorks 中硬件驱动程序分为通用性和BSP专用性两类。在开发BSP时,既要对BSP专用的驱动程序提供支持,还要将通用的设备驱动程序集成在一起。因此,编写的设备驱动程序,可根据具体情况放在BSP中的合适位置。

BSP文件在 VxWorks /target /config /all和VxWorks /target /config / bspname文件夹里。其中,all文件夹里的文件是所有BSP的通用文件,bspname文件夹的文件是用户自己定制的BSP文件[1]。经过编译、链接,并在makefile和depend.bspname等文件的控制下,原程序最后将生成镜像。BSP的组成及主要文件功能如下。

(1)Tornado argetconfigall目录下的文件。包括bootConfig.c,bootInit.c,usrConfig.c等,它们是所有BSP共享的,主要是缺省定义了所有VxWorks配置以及Boot Rom的初始化控制代码,所以不是特别需要不要更改里面的任何文件。

(2)Tornado argetconfig spname目录下的文件。包括makefile,depend.bspname,config.h,bspname.h,romInit.s,sysALib.s,sysLib.c,sysSerial.c等,其中config.h中包含特定CPU板的所有包含文件和定义。

VxWorks支持多种处理器平台,用户可以针对不同的目标系统,通过修改这些文件来完成BSP与 VxWorks在不同平台上的移植。

3 Vxworks映像分类及其启动过程

3.1 VxWorks映像及其分类

VxWorks在启动过程中涉及到两个映像文件:bootrom映像和VxWorks映像。这两个映像文件都要使用BSP代码。bootrom文件是从ROM引导VxWorks的引导目标模块,用于对目标板进行初始化,加载VxWorks操作系统映像。VxWorks image包含VxWorks OS,最终运行于目标板上。VxWorks映像按加载类型可分为:可下载映像和可引导映像;按运行方式分为在ROM中和在RAM中两种。

可下载映像(Loadable Image),它实际包括两部分,一是VxWorks,二是boot ROM,两部分是独立创建的。可引导映像(Bootable Image)是将引导程序和VxWorks融为一体的映像,一般为最终产品,包括不驻留ROM的映像和驻留ROM的映像两种类型[2]。

VxWorks在ROM中运行,只要把VxWorks image的data段复制到RAM的RAM-LOW-ADRS,text部分留在ROM并在ROM执行。在ROM中运行VxWorks可以节省RAM空间,有利于应用程序有更大的空间运行,但是运行速度相对较慢。VxWorks在RAM中运行,写入ROM中的boot或VxWorks image是压缩的,需先解压并复制所有的text或data到RAM的RAM-LOW-ADRS,在RAM中运行。

3.2 VxWorks映像的启动流程

VxWorks应用系统的启动顺序,一般是先加载BootRom; BootRom再加载VxWorks应用,并跳转到VxWorks的入口SysInit执行。SysInit()复位CPU,执行最少而必要的硬件初始化,转而调用UserInit(),完成内核启动之前的初始化。UserInit()调用子程序激活VxWorks内核。首先子程序SysHWInit()将硬件置于初始的安全状态,然后子程序 KernelInit()激活VxWorks内核,生成多任务环境,并产生一个任务来安装驱动程序以及创建设备、初始化VxWorks 库、调用应用程序启动代码,而用来生成这个任务的子程序是UserRoot()。可见,通用的设备驱动程序应该位于UserRoot()中,而 BSP专用的设备驱动程序则位于子程序SysHWInit()中。整个启动过程完成后,系统进入多任务环境运行[3]。VxWorks可加载映像的启动顺序如图1所示。

4 基于PC486的BSP设计过程及应用程序加载

4.1 BSP设计过程

BSP开发处于整个嵌入式开发的前期,是后面系统上应用程序能够正常运行的保证。大体上,BSP的设计与开发可以分为以下几个步骤:

(1)建立开发环境。安装 VxWorks 集成开发环境 Tornado,采用宿主机目标机交叉开发。

(2)选择合适的BSP模板。一个合适相近的BSP模板可以大大减少开发周期。

(3)bootrom的运行。修改、添加WIND内核激活前的初始化代码。

(4)VxWorks的配置。修改或添加所需要组件及驱动程序,激活内核,实现基本的操作系统功能。

(5)测试与验证。正确实现bootrom及VxWorks的下载,根据不同需要,进行修改与测试。

结合实际中的工程,针对单串口的pc486目标机,在串口通信方式下,如何生成BSP及VxWorks系统的启动流程做一简单介绍

(1)建立所需目录。

在c:Tornado argetconfig中建立子目录all486,srl486,拷贝c:Tornado argetconfigall中的全部文件到子目录all486中,拷贝c:Tornado argetconfigpc486中的全部文件到子目录srl486中以便修改且不影响其他人的使用。

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