闡述VxWorks實時操作系統(tǒng)中板級支持包BSP的概念和作用；研究VxWorks映像的生成和分類，以及系統(tǒng)的啟動流程；著重介紹VxWorks操作系統(tǒng)在ARM9芯片AT9lRM9200上的BSP設(shè)計。
關(guān)鍵詞 VxWorks BSP 映像 ARM AT91RM9200

    VxWorks是美國Wind River公司開發(fā)的嵌入式實時操作系統(tǒng)，具有高性能、可裁減性好等特點(diǎn)，能支持多種微處理器(如PowerPC、X85、ARM、SPARC)；自問世以來，以其良好的町靠性和卓越的實時性被廣泛地應(yīng)用于通信、航空、航天等高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領(lǐng)域中。BSP(Board Support Package，板級支持包)的作用是針對特殊的硬件平臺，為操作系統(tǒng)內(nèi)核提供操作接口，使操作系統(tǒng)能夠獨(dú)立于底層硬件。對上層應(yīng)用屏蔽具體硬件，VxWorks的高可移植性就是通過BSP實現(xiàn)的。AT91RM9200是Atmel公司生產(chǎn)的一款A(yù)RM9核芯片，本文重點(diǎn)介紹將VxWorks移植到該芯片過程中BSP的定制過程。

1 BSP概念
    BSP通常是指針對具體的硬件平臺，用戶所編寫的啟動代碼和部分設(shè)備驅(qū)動程序的集合。它所實現(xiàn)的功能包括初始化和驅(qū)動部分設(shè)備。最基本的BSP僅需要支持處理器復(fù)位、初始化、驅(qū)動串口和必要的時鐘處理。BSP是相對于操作系統(tǒng)而言的，不同的操作系統(tǒng)對應(yīng)不同形式的BSP，因此，在寫B(tài)SP時一定要按照要求的操作系統(tǒng)對BSP的定義形式來寫。在VxWorks系統(tǒng)中，BSP是介于底層硬件環(huán)境和VxWorks之間的一個軟件接口，它的主要功能是系統(tǒng)加電后初始化目標(biāo)機(jī)硬件和VxWorks，并提供部分硬件驅(qū)動程序。BSP在VxWorks系統(tǒng)中的層次關(guān)系如圖1所示。

   BSP為各種板卡的硬件功能提供了統(tǒng)一的軟件接口，包括硬件初始化、中斷的捕捉和處理、硬件時鐘和定時器管理、內(nèi)存地址映射，以及內(nèi)存分配等。每個BSP還包括一個ROM啟動或其他啟動機(jī)制。

2 VxWorks的引導(dǎo)過程
    在編寫B(tài)SP之前，首先要了解整個系統(tǒng)的啟動過程。VxWorks的映像由代碼段、數(shù)據(jù)段和BSS段3部分組成。VxWotks內(nèi)核可以分為3種：可加載類型映像、基于ROM的VxWorks映像和RoM駐留型映像。這3種類型的映像組織是不一樣的，因此啟動過程有所區(qū)別。

    可加載映像包括VxWorks和Boot ROM兩部分內(nèi)容，兩部分是獨(dú)立創(chuàng)建的。首先，由系統(tǒng)引導(dǎo)代碼把ROM引導(dǎo)程序搬到RAM_HIGH_ADRS。然后，ROM引導(dǎo)程序開始運(yùn)行，將VxWorks映像加載到RAM_LOW_ADRS，之后跳轉(zhuǎn)到VxWorks映像裝入點(diǎn)。

    基于ROM的VxWorks映像在BSP初始化時，會把lmage完全搬到RAM中執(zhí)行，包括代碼段和數(shù)據(jù)段。在拷貝執(zhí)行完畢后，系統(tǒng)控制權(quán)轉(zhuǎn)移給RAM中VxWorks映像的初始化代碼。

    ROM駐留型映像只是將ROM中VxWorks映像的數(shù)據(jù)段和BSS段拷貝到RAM中，完成后系統(tǒng)控制權(quán)轉(zhuǎn)移給ROM／Flash里VxWorks映像的初始化代碼，代碼段留在ROM中并在ROM中運(yùn)行。在ROM中運(yùn)行的VxWorks映像主要足為了節(jié)省RAM空間，帶來的不利則是運(yùn)行速度慢。

    圖2和圖3分別是下載型和ROM型VxWorks映像的初始化流程。

下面以ROM型VxWorks內(nèi)核啟動流程為例，說明各文件的作用：
    romlnit()保存啟動類型，屏蔽中斷；初始化內(nèi)存和寄存器，屏蔽Cache；初始化CPU，將堆棧指針定位于被拷貝Boot ROM映像在RAM的地址；跳到romStart()。
    roraStart()根據(jù)不同的映像類型將VxWorks映像的不同部分解壓縮<如果需要)并加載到RAM中。
    usrInit() 對VxWorks映像的BSS段清零；調(diào)用intVecBaseSet()設(shè)置中斷矢量基地址表；調(diào)用excVecInit()初始化異常中斷矢量；調(diào)用sysHwInit()初始化系統(tǒng)硬件；調(diào)用usrKernelInit()初始化wind內(nèi)核；調(diào)用kernellnit()啟動wind內(nèi)核，啟動usrRoot()任務(wù)。
    usrRoot()設(shè)置操作系統(tǒng)時鐘，創(chuàng)建設(shè)備，安裝驅(qū)動，調(diào)用sysHwInit2()安裝系統(tǒng)時鐘和輔助時鐘中斷以及串口等設(shè)備的中斷，初始化I／O、文件系統(tǒng)、調(diào)用應(yīng)用程序。

3 VxWorks在AT91RM9200上的BSP設(shè)計
3.1 AT91RM9200簡介
    AT91RM9200的片上資源包括：ARM920T處理器棱、16KB的內(nèi)部SRAM和128KB的內(nèi)部ROM存儲器；支持SDRAM、SRAM、Burst Flash和CompactFlash、SmartMedia以及NANDFlash的無縫連接；16KB的數(shù)據(jù)Cache，16KB的指令Cache，完全可編程的外部總線接口EBI，4個32位的PIO控制器可以達(dá)到122個可編程I／O引腳(每個都有輸入控制、可中斷及開路的輸出能力)；帶有8個優(yōu)先級、可單獨(dú)屏蔽中斷源的先進(jìn)中斷控制器、6組硬件定時器、4個通用同步／異步收發(fā)器USART。

3．2 BSP中幾個重要文件的修改
    由于AT91RM9200的內(nèi)核是ARM920T，所以BSP文件主要在VxWorks編澤環(huán)境Tornado的目錄target／config／all和target／config／integrator920t文件夾里。其中，a11文件夾里的文件對于絕大多數(shù)BSP都是共用的，一般來說不需要修改，特別是“configAll．h”；integrator920t文件夾里的文件就是所要編寫的BSP文件，這些文件往往與系統(tǒng)硬件密切相關(guān)。

3.2.1 修改Makeflie
    Makefile文件定義編譯和鏈接整個BSP的規(guī)則，如編譯工具的選擇、編譯選項和包含文件路徑等；控制生成VxWorks映像文件的類型，同時含有存儲區(qū)大小的信息，對于存儲區(qū)大小信息的改動必須與Config．h的對應(yīng)改動同步。有些參數(shù)需在該文件中定義，如處理器類型、編譯工具、目標(biāo)地址等。下面介紹一些須修改的參數(shù)和地址：

4 編譯生成映像
    系統(tǒng)定制完成后，有兩種編譯方式：一種是在Tornado下進(jìn)行編譯，生成映像文件；另一種是直接用Make工具編譯，但要寫好腳本文件。裝載到目標(biāo)板中的VxWorks映像取決于使用的下載方式，其中主要包括以下幾種：
    ①VxWorks。這是基于RAM的映像，VxWorks需要通過目標(biāo)板上的引導(dǎo)程序從串口或網(wǎng)口把它下載到目標(biāo)板的RAM中運(yùn)行。在Tornado開發(fā)環(huán)境下，這是一個默認(rèn)選項，主要用在調(diào)試階段。使用宿主機(jī)上的WindSh工具和符號表。
    ②VxWorks．st。這也是基于RAM的映像，需要通過引導(dǎo)ROM把VxWorks映像下載到目標(biāo)機(jī)內(nèi)存中才能執(zhí)行。該對象文件內(nèi)置符號表。
    ③VxWorkS_rom。這是一個非壓縮、基于ROM的映像。在這個對象文件執(zhí)行前，先把自己拷貝到目標(biāo)機(jī)RAM中。這種類型的映像通常在啟動階段速度比較慢，因為代碼在ROM中執(zhí)行，但執(zhí)行階段比ROM駐留型的映像要快。
    ④VxWorks．st_rom。這是基于ROM壓縮的VxWorks映像。它在執(zhí)行前先把自己解壓并拷貝到目標(biāo)機(jī)RAM中執(zhí)行。
    ⑤VxWorks．res_rom。這是ROM駐留型的非壓縮VxWorks的映像。它在執(zhí)行前把數(shù)據(jù)段拷貝到目標(biāo)機(jī)RAM中。這種類型的映像在啟動階段比較快，但在目標(biāo)機(jī)上執(zhí)行的速度比基于ROM類型的映像慢(因為CPU訪問ROM比訪問RAM要慢)。通常在RAM空間比較小的目標(biāo)機(jī)上使用這種類型的映像。

5 需要注意的問題
    首先，應(yīng)該避免在romInit．s中進(jìn)行過多的初始化操作。該史件中只是進(jìn)行必要的最小硬件初始化，大部分硬件的初始化都是在sysHwInit()中完成的。另外，romTnit．s中的代碼不應(yīng)當(dāng)被其他模塊或函數(shù)調(diào)用。

    其次，應(yīng)該避免sysAlib．s中工作太少。BSP開發(fā)人員通常錯誤地認(rèn)為在romInit．s里初始化過的設(shè)備不需要在sysAlib．s中重新初始化。實際上，VxWorks映像并不認(rèn)為它是由引導(dǎo)映像程序引導(dǎo)的，因此，它必須重新設(shè)置和初始化所有它自己需要使用的設(shè)備。sysInit()是該文件中最主要的一個函數(shù)，也是第一個函數(shù)。該例程中很多工作與romInit()是相同的，目的是保證內(nèi)核映像在運(yùn)行與冷啟動時，軟硬件環(huán)境高度一致。

    最后，對特定的BSF。驅(qū)動程序的修改，只能在特定的BSP目錄下。此設(shè)計中目錄為target/config／integra-tor920t，不要直接在target／src／drv以及target／h/drv中修改。只有風(fēng)河公司的源程序才能存放在這些目錄下。

6 結(jié)論
    本文在介紹BSP的概念、作用和vxWorks映像分類以及系統(tǒng)啟動流程的基礎(chǔ)上，以Atmel公司生產(chǎn)的ARM9處理器AT91RM9200為例，重點(diǎn)介紹了VxWorks的BSP設(shè)計中需要修改的幾個重要文件，最后提出了需要注意的問題。盡管目標(biāo)板硬件不同，BSP的實現(xiàn)也不盡相同，但基本思想是一樣的。本設(shè)計對各類開發(fā)板的系統(tǒng)移植和后續(xù)的應(yīng)用程序開發(fā)有一定的參考價值。