Research on the Developing of Embedded
Abstract: The article introduces the characters of embedded processor MPC860 and embedded real-time operation system VxWorks and describes the process of embedded system development based on MPC860/ VxWorks which uses BDM to write bootrom file, uses FIP to download VxWorks image and uses Tornado integrated developing circumstance to download and debug applying program.
Key Words: MPC860,  VxWorks,  Tornado,  embedded system
摘 要：本文介紹了嵌入式處理器MPC860與嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks的特點(diǎn)，描述了基于MPC860/ VxWorks嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的流程：使用BDM調(diào)試器燒寫(xiě)bootrom文件，使用FTP下載vxworks內(nèi)核鏡像，使用Tornado集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下載與調(diào)試應(yīng)用程序。
關(guān)鍵字： MPC860；VxWorks；Tornado；嵌入式系統(tǒng)

1 引言
摩托羅拉公司生產(chǎn)的MPC系列CPU基于PowerPCTM結(jié)構(gòu)，它由三個(gè)模塊組成：即PowerPCTM內(nèi)核、系統(tǒng)接口單元（SIU）及通信處理模塊（CPM）[1]。三個(gè)模塊均采用32 位內(nèi)部總線。主處理器是PowerPCTM內(nèi)核，能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)存管理，具有指令和數(shù)據(jù)Cache。系統(tǒng)接口單元中，存儲(chǔ)器控制單元可支持多種高性能的存儲(chǔ)器，包括SDRAM和Flash。CPM是一個(gè)RSIC處理器，具有串行通信控制器、波特率發(fā)生器等，支持多種協(xié)議的命令集，可以配置成多種通信處理模式。
VxWorks是一種實(shí)時(shí)性非常強(qiáng)的嵌入式操作系統(tǒng)，具有高性能的內(nèi)核、良好的持續(xù)發(fā)展能力、以及友好的功能強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)環(huán)境，使該系統(tǒng)越來(lái)越被用戶(hù)認(rèn)可。
目前，基于MPC860/VxWorks系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，因此，本文對(duì)基于MPC860/VxWorks系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)的一般流程進(jìn)行了研究。
2 開(kāi)發(fā)平臺(tái)
2.1 開(kāi)發(fā)方式介紹
進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)有多種方式，常用的方式有兩種：
（1）先進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，然后通過(guò)仿真器在目標(biāo)板上調(diào)試程序，如單片機(jī)常用的開(kāi)發(fā)方法；或者在主機(jī)上編寫(xiě)完用戶(hù)程序，將其直接編譯入內(nèi)核，整體下載入目標(biāo)板，通過(guò)主機(jī)上的交叉調(diào)試器對(duì)目標(biāo)機(jī)上的程序進(jìn)行調(diào)試，如嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。
（2）軟硬件同時(shí)開(kāi)發(fā)，通常一些嵌入式操作系統(tǒng)都有一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，包括目標(biāo)機(jī)仿真器，可以在開(kāi)發(fā)硬件的同時(shí)，在仿真器上開(kāi)發(fā)調(diào)試應(yīng)用程序，最后進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。
第二種方式開(kāi)發(fā)時(shí)間短，但不夠直觀，容易出錯(cuò)，即使仿真成功，但在下載到目標(biāo)板后，通常還需要調(diào)試排錯(cuò)。在有硬件環(huán)境的情況下，通常采用第一種方式，尤其是開(kāi)發(fā)需要對(duì)硬件進(jìn)行直接操作的底層驅(qū)動(dòng)程序。
這里我們?cè)O(shè)計(jì)一款基于MPC860的嵌入式硬件環(huán)境，它同時(shí)具有幾種通信接口：BDM接口、串口和網(wǎng)口。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)采用第一種開(kāi)發(fā)方式，軟件開(kāi)發(fā)流程主要包括：引導(dǎo)程序的燒寫(xiě)、下載vxworks鏡像和應(yīng)用程序下載調(diào)試等幾個(gè)主要方面。
2.2  Tornado集成開(kāi)發(fā)環(huán)境
Tornado是嵌入式實(shí)時(shí)領(lǐng)域里最新一代的開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境，提供了高效明晰的圖形化的實(shí)時(shí)應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它包括一套完整的面向嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和調(diào)測(cè)工具[2]。在Tornado II中，包括高性能的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks、原代碼編輯器、C/C++編譯器、高性能的調(diào)試器、圖形化的瀏覽器，集成的模擬器等工具和組件。
    最主要的特點(diǎn)是：Tornado支持動(dòng)態(tài)鏈接和加載，允許開(kāi)發(fā)者增量式地加載目標(biāo)模塊到目標(biāo)系統(tǒng)。動(dòng)態(tài)鏈接和加載目標(biāo)模塊的能力作為T(mén)ornado結(jié)構(gòu)的核心，使開(kāi)發(fā)者避免了在宿主機(jī)上鏈接應(yīng)用到內(nèi)核，然后再下載整個(gè)可執(zhí)行體到一個(gè)靜態(tài)環(huán)境的這樣通常采用的步驟。這樣，就大大地縮短了每個(gè)編輯—測(cè)試—調(diào)試的周期。
Tornado II工具提供一個(gè)高度可視化和自動(dòng)化的開(kāi)發(fā)環(huán)境，加快了基于VxWorks的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。
3   開(kāi)發(fā)方案
3.1 系統(tǒng)引導(dǎo)程序編程與bootrom燒寫(xiě)
（1）系統(tǒng)引導(dǎo)程序編程
目標(biāo)系統(tǒng)啟動(dòng)工作首先要進(jìn)行系統(tǒng)初始化，對(duì)不同的CPU，系統(tǒng)初始化的基本步驟是類(lèi)似的，主要步驟如下：
啟動(dòng)；
禁止中斷；
放boot type（引導(dǎo)類(lèi)型）到堆棧；
清空指令和數(shù)據(jù)緩存。
VxWorks 系統(tǒng)的 PowerPC BSP系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后，處理器是從romInit()函數(shù)開(kāi)始執(zhí)行，這是romInit.s 中的第一段程序。在romInit()函數(shù)中必須完成以上功能，這些功能程序通常使用匯編語(yǔ)言來(lái)寫(xiě)。在romInit()程序中開(kāi)始執(zhí)行C程序之前必須盡可能少的加載設(shè)備。引導(dǎo)程序結(jié)束時(shí)，得到C程序romStart()在ROM中的地址，保證romInit執(zhí)行結(jié)束后，系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)執(zhí)行romStart()，將文本和數(shù)據(jù)段從ROM復(fù)制到RAM中。
在系統(tǒng)初始化程序段中，可加入串口初始化程序和驅(qū)動(dòng)程序，使系統(tǒng)引導(dǎo)結(jié)束后可支持使用串口傳輸命令和信息。加入下載命令程序段，以便于下載VxWorks內(nèi)核鏡像文件。
（2）bootrom燒寫(xiě)
bootrom燒寫(xiě)方式有多種，可以使用編程器編程，但對(duì)于在線系統(tǒng)調(diào)試，為方便修改，現(xiàn)在使用較多的是JTAG 調(diào)試器和BDM調(diào)試器。我們的系統(tǒng)采用的是MPC系列的CPU MPC860，它提供有BDM接口。因此可以很方便的使用BDM 調(diào)試工具編程。
MPC BDM調(diào)試工具通過(guò)宿主機(jī)的打印口與MPC BDM接口電纜相連，然后加到目標(biāo)板的BDM接口上。連接BDM和目標(biāo)板的電源，（此時(shí)也可以將串口線和網(wǎng)線連接到主機(jī)上）。在燒寫(xiě)程序之前，將以上編寫(xiě)的程序編譯成二進(jìn)制目標(biāo)代碼拷貝到c:\sds74\cmd\init下。
打開(kāi)SDS74調(diào)試軟件，首先要下載燒寫(xiě)boot的文件，然后執(zhí)行run/go命令，大約需要幾分鐘，boot燒寫(xiě)完成。
將boot燒好后，拔掉bdm和目標(biāo)板的電源以及bdm電纜，然后再插上目標(biāo)板的電源，boot將運(yùn)行，正常時(shí)會(huì)在主機(jī)的串口超級(jí)終端顯示如下信息：BOOT>，此時(shí)可以說(shuō)boot燒寫(xiě)成功。
3.2下載和運(yùn)行VxWorks內(nèi)核鏡像
在可引導(dǎo)的MPC860嵌入式平臺(tái)上，使用串口和網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)行BSP和應(yīng)用程序調(diào)試。相對(duì)于使用串口傳輸數(shù)據(jù)，使用網(wǎng)絡(luò)傳輸具有速度快，因此使用串口進(jìn)行發(fā)送命令和返回信息，使用網(wǎng)口傳輸數(shù)據(jù)[6]（如圖1）。

             主機(jī)                                            目標(biāo)機(jī)