基于VxWorks的BSP概念與開(kāi)發(fā)
互聯(lián)網(wǎng)
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(dòng)流程，并描述了BSP的開(kāi)發(fā)過(guò)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(dòng)流程，并描述了BSP的開(kāi)發(fā)過(guò)程。
關(guān)鍵詞：BSP；VxWorks；鏡像；boot Rom
概述
VxWorks操作系統(tǒng)是美國(guó)WindRiver公司于1983年設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)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(diǎn)，同時(shí)具有程序動(dòng)態(tài)鏈接和下載的功能。
BSP(Board Support Packet——板級(jí)支持包)是介于底層硬件和上層軟件之間的底層軟件開(kāi)發(fā)包，它主要功能為屏蔽硬件，提供操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)及硬件驅(qū)動(dòng)，具體功能包括：
·單板硬件初始化，主要是CPU的初始化，為整個(gè)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(dòng)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(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)的運(yùn)行環(huán)境；
·初始化操作系統(tǒng)，為操作系統(tǒng)的正常運(yùn)行做好準(zhǔn)備；
BSP在VxWorks系統(tǒng)中的地位見(jiàn)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(guò)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(shí)際包括兩部分，一是vxWorks，二是boot ROM，兩部分是獨(dú)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(dòng)流程
一般來(lái)說(shuō)，所有處理器的VxWorks系統(tǒng)啟動(dòng)流程都是相似的，但有些處理器會(huì)有一些特殊的步驟，而另一些處理器會(huì)跳過(guò)幾個(gè)步驟。
下面以CPU為ARM7TDMI為例具體描述(見(jiàn)表1)。
對(duì)于可引導(dǎo)鏡像在usrConfig.c文件里執(zhí)行，對(duì)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(dòng)過(guò)程圖示，其中所用到的地址的說(shuō)明見(jiàn)表２。
BSP的開(kāi)發(fā)過(guò)程
建立開(kāi)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(gè)宏，最簡(jiǎn)單的Makefile文件要包含以下的宏：
·CPU：目標(biāo)板CPU的類型；
·TOOL：主機(jī)的make工具，為GNU；
·TGT_DIR：target路徑，默認(rèn)為$(WIND_BASE)/target；
·TARGET_DIR：BSP目錄名；
·VENDER：目標(biāo)板生產(chǎn)商名；
·BOARD：目標(biāo)板名；
·ROM_TEXT_ADRS：boot ROM的入口地址(以16進(jìn)制表示，并且與config.h文件定義相同)；
·ROM_SIZE：ROM的大小；
·RAM_LOW_ADRS：加載vxWorks的目標(biāo)地址；
·RAM_HIGH_ADRS：boot ROM拷貝到RAM的目標(biāo)地址；
·HEX_FLAGS：特殊結(jié)構(gòu)的標(biāo)記，用于產(chǎn)生S－記錄文件；
·MACH_EXTRA：擴(kuò)展文件，用戶可以加入自己的目標(biāo)模塊；
·除此以外，Makefile文件還需要包括以下文件：
·$(TGT_DIR)/h/make/defs.bsp：Vxworks系統(tǒng)運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)變量定義；
·$(TGT_DIR)/h/make/make.$(CPU)$(TOOL)：提供了特別的目標(biāo)機(jī)結(jié)構(gòu)和一套編譯工具，如make. ARM7TDMI_Tgnu；
·$(TGT_DIR)/h/make/defs.$(WIND_HOST_TYPE)：提供了與主機(jī)系統(tǒng)有關(guān)的定義；
·rules.bsp：在創(chuàng)建目標(biāo)文件時(shí)所需要的規(guī)則；
·rules. $(WIND_HOST_TYPE)：指出創(chuàng)建目標(biāo)文件時(shí)所需的從屬文件表；
·如果沒(méi)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(shí)就不會(huì)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(jìn)制數(shù)前面都無(wú)需加“0x”；
bspname.h
根據(jù)具體目標(biāo)板設(shè)置串行接口、時(shí)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(jí)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(shí)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(yùn)行的第一個(gè)程序，根據(jù)具體目標(biāo)板對(duì)寄存器和CPU進(jìn)行設(shè)置；以CPU為ARM7TDMI為例，romInit.s 需要進(jìn)行的工作有：
·保存啟動(dòng)方式：對(duì)于冷啟動(dòng)，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(guò)設(shè)置cpsr的I_BIT和F_BIT都為1來(lái)實(shí)現(xiàn)，還要設(shè)置中斷寄存器為關(guān)模式，同時(shí)設(shè)定運(yùn)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(gè)宏的定義為當(dāng)鏡像為駐留ROM時(shí)，該宏值為_(kāi)sdata，當(dāng)鏡像為非駐留ROM時(shí)該宏值為_(kāi)romInit，這兩個(gè)地址經(jīng)過(guò)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(shí)現(xiàn)的功能相似，但如果在romInit.s文件里對(duì)DRAM和內(nèi)存控制器進(jìn)行了初始化在這里不再進(jìn)行這項(xiàng)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(lái)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?？傊珺SP的開(kāi)發(fā)要根據(jù)具體目標(biāo)板的硬件進(jìn)行。
結(jié)語(yǔ)
我們已經(jīng)利用基于VxWorks的BSP開(kāi)發(fā)包成功的進(jìn)行了線纜調(diào)制解調(diào)器的底層軟件開(kāi)發(fā)。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中深感BSP在整個(gè)系統(tǒng)軟件中的重要性——沒(méi)有正確的BSP軟件，整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)和運(yùn)行也不會(huì)正確。另外需要強(qiáng)調(diào)的是：BSP的概念只是針對(duì)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(wú)BSP可言的。對(duì)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(kù)，另外在BSP結(jié)構(gòu)上也可能會(huì)有所不同，在做BSP移植的時(shí)候應(yīng)該注意?！?br />
參考文獻(xiàn)
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(guó)WindRiver公司于1983年設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)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(diǎn)，同時(shí)具有程序動(dòng)態(tài)鏈接和下載的功能。
BSP(Board Support Packet——板級(jí)支持包)是介于底層硬件和上層軟件之間的底層軟件開(kāi)發(fā)包，它主要功能為屏蔽硬件，提供操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)及硬件驅(qū)動(dòng)，具體功能包括：
·單板硬件初始化，主要是CPU的初始化，為整個(gè)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(dòng)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(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)的運(yùn)行環(huán)境；
·初始化操作系統(tǒng)，為操作系統(tǒng)的正常運(yùn)行做好準(zhǔn)備；
BSP在VxWorks系統(tǒng)中的地位見(jiàn)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(guò)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(shí)際包括兩部分，一是vxWorks，二是boot ROM，兩部分是獨(dú)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(dòng)流程
一般來(lái)說(shuō)，所有處理器的VxWorks系統(tǒng)啟動(dòng)流程都是相似的，但有些處理器會(huì)有一些特殊的步驟，而另一些處理器會(huì)跳過(guò)幾個(gè)步驟。
下面以CPU為ARM7TDMI為例具體描述(見(jiàn)表1)。
對(duì)于可引導(dǎo)鏡像在usrConfig.c文件里執(zhí)行，對(duì)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(dòng)過(guò)程圖示，其中所用到的地址的說(shuō)明見(jiàn)表２。
BSP的開(kāi)發(fā)過(guò)程
建立開(kāi)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(gè)宏，最簡(jiǎn)單的Makefile文件要包含以下的宏：
·CPU：目標(biāo)板CPU的類型；
·TOOL：主機(jī)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(jìn)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(kuò)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：
·$(TGT_DIR)/h/make/defs.bsp：Vxworks系統(tǒng)運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)變量定義；
·$(TGT_DIR)/h/make/make.$(CPU)$(TOOL)：提供了特別的目標(biāo)機(jī)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(jī)系統(tǒng)有關(guān)的定義；
·rules.bsp：在創(chuàng)建目標(biāo)文件時(shí)所需要的規(guī)則；
·rules. $(WIND_HOST_TYPE)：指出創(chuàng)建目標(biāo)文件時(shí)所需的從屬文件表；
·如果沒(méi)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(shí)就不會(huì)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(jìn)制數(shù)前面都無(wú)需加“0x”；
bspname.h
根據(jù)具體目標(biāo)板設(shè)置串行接口、時(shí)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(jí)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(shí)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(yùn)行的第一個(gè)程序，根據(jù)具體目標(biāo)板對(duì)寄存器和CPU進(jìn)行設(shè)置；以CPU為ARM7TDMI為例，romInit.s 需要進(jìn)行的工作有：
·保存啟動(dòng)方式：對(duì)于冷啟動(dòng)，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(guò)設(shè)置cpsr的I_BIT和F_BIT都為1來(lái)實(shí)現(xiàn)，還要設(shè)置中斷寄存器為關(guān)模式，同時(shí)設(shè)定運(yùn)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(gè)宏的定義為當(dāng)鏡像為駐留ROM時(shí)，該宏值為_(kāi)sdata，當(dāng)鏡像為非駐留ROM時(shí)該宏值為_(kāi)romInit，這兩個(gè)地址經(jīng)過(guò)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(shí)現(xiàn)的功能相似，但如果在romInit.s文件里對(duì)DRAM和內(nèi)存控制器進(jìn)行了初始化在這里不再進(jìn)行這項(xiàng)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(lái)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?？傊珺SP的開(kāi)發(fā)要根據(jù)具體目標(biāo)板的硬件進(jìn)行。
結(jié)語(yǔ)
我們已經(jīng)利用基于VxWorks的BSP開(kāi)發(fā)包成功的進(jìn)行了線纜調(diào)制解調(diào)器的底層軟件開(kāi)發(fā)。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中深感BSP在整個(gè)系統(tǒng)軟件中的重要性——沒(méi)有正確的BSP軟件，整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)和運(yùn)行也不會(huì)正確。另外需要強(qiáng)調(diào)的是：BSP的概念只是針對(duì)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(wú)BSP可言的。對(duì)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(kù)，另外在BSP結(jié)構(gòu)上也可能會(huì)有所不同，在做BSP移植的時(shí)候應(yīng)該注意?！?br />
參考文獻(xiàn)
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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