基于S3C44BOX的VxWorks BSP設(shè)計(jì)
關(guān)鍵詞 VxWorks S3C44BoX BSP 中斷處理機(jī)制
引 言
VxWorks是現(xiàn)在所有獨(dú)立于處理器的實(shí)時(shí)系統(tǒng)中最具特色的操作系統(tǒng)之一。它支持的CPU包括：PowerPC、x86、MIPS、ARM等，其微內(nèi)核Wind具有任務(wù)問切換時(shí)間短、中斷延遲小、網(wǎng)絡(luò)流量大等特點(diǎn)，是一個(gè)具有較高性能的標(biāo)準(zhǔn)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。此外，VxWorks操作系統(tǒng)還具有較好的可裁減性和易于移植等特點(diǎn)。
S3C44BOX是韓國Samsung公司出品的一款A(yù)RM(Advanced RISC Machines)微控制器，CPU核心為ARM7TDMI。S3C44BOX具有非常豐富的外圍資源，集成LCD控制器、12C總線控制器、I2S總線控制器、2個(gè)串口控制器、2個(gè)通用DMA(Direct Memory Access)控制器、8個(gè)10位ADC(Analog to Digital Converter)通道、71個(gè)通用I／O引腳等，大大減少了系統(tǒng)成本，是各種學(xué)習(xí)板和開發(fā)板的首選ARM芯片。
1 BSP概念
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發(fā)包，它的主要功能為屏蔽硬件，提供操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)及硬件的驅(qū)動(dòng)，具體功能包括：
◆目標(biāo)機(jī)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。
2 VxWorks啟動(dòng)流程
VxWorks的啟動(dòng)涉及到兩個(gè)映像文件：Bootrom映像和VxWorks映像，其中每一類又可以再細(xì)分為壓縮、非壓縮、駐留ROM和非駐留ROM類型的映像。不同的映像對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)流程也有所不同，但它們的基本流程是相同的，如表1所列。
VxWorks映像的啟動(dòng)過程跟Bootrom差不多，重復(fù)了某些工作，這是因?yàn)閂xWorks并不假設(shè)VxWorks映像是由Bootrom下載啟動(dòng)的，它有自己的初始化流程。VxWorks啟動(dòng)后，RAM空間的分配情況如圖1所示。
3 Vxworks中斷管理分析
VxWoIks中與中斷管理密切相關(guān)的是兩個(gè)向量表。異常向量表和中斷向量表。
異常向量表保存著各個(gè)異常處理入口地址。通常情況下，它位于LocAL_MEM_LOCAL_ADRS上，也就是SDRAM的起始地址上。異常向量放置在RAM，可以減少異常處理的延遲時(shí)間(RAM的讀取要比ROM快)，還有其他好處，如動(dòng)態(tài)和靈活等。異常向量表的所有異常向量分配如表2所列。
異常向量表的初始化通過excVecSet()和exc、VecInjt()兩個(gè)函數(shù)完成，excVecSet()設(shè)定異常向量表的基地址，然后由excVeCInit()完成向量表的構(gòu)造工作。當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，CPU跳轉(zhuǎn)到異常的相應(yīng)向量地址執(zhí)行。這里中斷也被看作是一種異常，中斷經(jīng)異常向量表才能跳轉(zhuǎn)到中斷向量表。
中斷向量表是存放各個(gè)中斷服務(wù)程序入口地址的地方。中斷向量表的位置并不是固定的，它是由VxWorks動(dòng)態(tài)分配的，大小與中斷源個(gè)數(shù)有關(guān)。中斷經(jīng)異常向量表到達(dá)中斷向量表后，再根據(jù)中斷源經(jīng)中斷向量表跳轉(zhuǎn)才能進(jìn)入中斷服務(wù)程序。中斷向量表的內(nèi)容是在掛接中斷服務(wù)程序的時(shí)候填充的，這個(gè)過程通過調(diào)用intConnect()完成。中斷發(fā)生之后的流程如圖2所示。
3.1 S3C4480x的地址空間分配
S3C44BOX的地址空間分為8個(gè)區(qū)，分別由8個(gè)片選信號(hào)控制。地址空間分配如表3所列。
S3C44BOX上電之后，由0地址取指令開始執(zhí)行，因此必須接一片F(xiàn)lash在nGCSO上，接一片SDRAM在nGCS6上作為系統(tǒng)內(nèi)存，這樣Flash對(duì)應(yīng)的基地址就是O了。系統(tǒng)上電之后，從Flash中取指令開始執(zhí)行。S3C44BOX不能進(jìn)行內(nèi)存地址重定位操作，也就是每個(gè)片選的地址范圍是定死的，不能由程序員指定。ARM的異常向量表是放在O地址的，因此必須在Flash中硬編碼一個(gè)異常向量表，中斷經(jīng)異常向量表后跳轉(zhuǎn)到放在RAM中的中斷向量表中。
3.2 S3C4480X與VxWorks的沖突及解決方案
S3C44BOX的固定地址空間管理方法在VxWorks里會(huì)遇到問題。VxWoiks默認(rèn)ARM的．RAM是從0地址開始的，并把異常向量表放在RAM的起始0地址上，而S3C44BOX的RAM基地址為0x0c000000，0地址上是ROM。VxWorks的RAM基地址是可以在BSP中設(shè)定的，即可以通過宏定義LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS來設(shè)定。但是，這時(shí)VxWorks仍會(huì)把異常向量表放在0地址上，因?yàn)閷?duì)于ARM體系來說，設(shè)定異常向量表基地址的excVecSet()函數(shù)是空函數(shù)，無法設(shè)定異常向量表的位置。這就產(chǎn)生了沖突，解決這個(gè)沖突是實(shí)現(xiàn)VxWorks在S3C44BOX上移植的關(guān)鍵。從根本上說，這是由于S3C44BOX不具有地址重定位功能造成的。
硬編碼將異常函數(shù)人口地址填寫在啟動(dòng)Flash開始處，中斷經(jīng)異常向量表后跳轉(zhuǎn)到放在RAM中的中斷向量表中。μClinux的這種中斷管理方式對(duì)沖突的解決工作有啟示作用。
基本思想是在Flash存儲(chǔ)器的起始地址硬編碼異常入口，在RAM的起始地址仿VxWorks建立異常向量表。中斷發(fā)生時(shí)，經(jīng)Flash存儲(chǔ)器人口，跳轉(zhuǎn)到自定義函數(shù)，再跳轉(zhuǎn)到RAM中異常人口，最后進(jìn)人VxWorks提供的異常處理函數(shù)intEnt()。中斷處理流程如圖3所示。新異常向量表和原VxWorks設(shè)計(jì)完全一樣。
4 VxWorks在S3C4480X上BSP的定制
4.1選擇BSP模板
主要根據(jù)開發(fā)板CPU確定BSP模板，要考慮字節(jié)序(1ittle_endian)和ARM核心版本(ARM7)。wrSbcArm7針對(duì)三星KS32C50100(S3C4510B)開發(fā)板而設(shè)計(jì)，它的ARM核心也是ARM7TDMI，因此選擇wrSbcArm7作為S3C44BOX BSP模板。
在“target＼config＼”下，建立自己的BSP目錄，將原all目錄文件復(fù)制到allS3C44BOX。將原wrSbcArm7目錄下的文件復(fù)制到bspS3C44BOX。同時(shí)為了精簡(jiǎn)，去掉一些不用的文件，包括flashMem．c、sngks32cEnd．c等。
4.2中斷處理的實(shí)現(xiàn)
romlnit．s文件是系統(tǒng)上電后執(zhí)行的第一個(gè)程序，它由ARM匯編寫成，并放在Flash的起始空間上?；谏厦娴闹袛嗵幚碛懻摚瑧?yīng)在這里建一個(gè)異常向量表。代碼如下：
／*在Flash存儲(chǔ)器的開始處添加硬件中斷入口*／
rotnTn；t．
B cold ／*上電復(fù)位后執(zhí)行的第1條指令，也可看作是復(fù)位向量*／
B Undef
B Swi
B Pabort
B Dabort
B ．
B Irq
B ．
／*Irq函數(shù)定義，其他Undef、Swi等幾個(gè)函數(shù)也做類似定義*／
Irq：
SUB sp，sp，#4
STMFD sp!，{r1)
LDR rl·veelrq ／*裝載中斷向量到寄存器R1*／
STR rl，[sp，#4]
／*把寄存器R1的內(nèi)容壓入堆棧*／
LDMFD sp!，{rl，pc)
／*從堆棧彈出寄存器R1和PC(即跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序)*／
／*Irq指向RAM中的位置*／
vecIrq：
．10ng VEC_BASE_ADRS+0x18
#define VEC_BASE_ADRS 0x0C000000
／*RAM的起始地址*／
接著就需要在RAM中建立自己的異常向量表。在excVecInit()后面加入建立自己的異常向量表函數(shù)，其代碼如下：
／*在真正RAM空間建立異常向量表，和VxWorks建立的向量表相同，只是位置不同*／
extern void excEnterUndef(void)；
／*ARM體系的VxWorks異常人口函數(shù)*／
extern void excEnterSwi(void)；
extern void excEnterPrefetchAbort(void)；
extern void excEnterDataAbort(void)：
extern void intEnt(void)；
typedef struet {
UINT32 vector；
VOIDFUNCPTR func；
}exc_tbl_t；
#define SYS_EXC_NUM 5
LOCAL exc_tbLt_sysExcTbl[SYS_EXC_NUM]={
／*定義異常向量表*／
{VEC_BASE_ADRS+0x04，excEnterUndef)，
{VEC_BASE_ADRS+Ox08， exeEnterSwi)，
{VEC_BASE_ADRS+0xoc， excEnterPrefetchAbort)，
{VEC_BASE_ADRS+OxlO， excEnterDataAbort)，
{VEC_BASE_ADRS+0x18， intEnt}
}；
／*初始化RAM中的異常向量表*／
void sysExcTblSet(void){
inti;
for(i=0；i<SYS_EXC_NUM；++1){
／*安裝向量表*／
／*使用原始機(jī)器碼0xe59ffof4．等同于“l(fā)dr pc．pc+0xfc”*／
*(uINT32*)(sysExcTbl[i]．vector)=(UINT32)
0xe59ffof4；
*(UINT32*)(sysExcTbl[i]．vector+Oxfe)=(UINT32)(sysExcTbl[i]．func)；
}
}
通過上述程序，就把異常向量和VxWorks的對(duì)應(yīng)處理函數(shù)關(guān)聯(lián)起來了。
4.3時(shí)鐘及驅(qū)動(dòng)
系統(tǒng)時(shí)鐘是操作系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，VxWorks需要一個(gè)10～100 Hz時(shí)鐘滴答，默認(rèn)采用60Hz。時(shí)鐘中斷掛接的中斷處理函數(shù)為sysClkInt()，它調(diào)用VxWorks實(shí)際處理時(shí)鐘中斷的函數(shù)usrClock()。跟時(shí)鐘相關(guān)的還有連接、使能和禁止函數(shù)，它們都與定時(shí)器有關(guān)，請(qǐng)參考S3C44BOX的使用手冊(cè)。
串口驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)在sngks32cSio．c中，需要根據(jù)寄存器定義變化作相應(yīng)修改。
主要涉及到初始化函數(shù)、接收函數(shù)、發(fā)送函數(shù)和啟動(dòng)發(fā)送函數(shù)。
筆者采用網(wǎng)卡芯片兼容NE2000，有現(xiàn)成的ne2000End驅(qū)動(dòng)可以使用。
到這里，最基本的S3C44BOX的BSP已經(jīng)定制完成，可實(shí)現(xiàn)串口通信和網(wǎng)絡(luò)下載。
結(jié)語
本文給出一種解決S3CA480X與VxWorks中斷處理機(jī)制沖突的方案，該方案對(duì)于向其他一些不具有地址重映射功能的低端處理器上移植VxWorks有一定的參考價(jià)值。VxWorks的源代碼不公開，風(fēng)河公司提供的資料也不會(huì)涉及代碼的實(shí)現(xiàn)，因此要了解實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)只能通過反匯編跟蹤，這對(duì)VxWorks的移植工作造成了一定的困難。
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