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[導(dǎo)讀]SP(Board Support Package)在VxWorks操作系統(tǒng)中起到了部分接口的驅(qū)動(dòng)和硬件初始化的作用,它是生成bootrom和VxWorks映像文件的前提,而S3C2440是Samsung公司設(shè)計(jì)的ARM920T系列的核心處理器,是嵌入式領(lǐng)域比較常用的ARM處理器。因此,研究基于S3C2440平臺(tái)上的Vxworks BSP移植具有重要的意義。本文就BSP的概念、BSP移植過程中重點(diǎn)修改的幾個(gè)文件、串口和網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)以及BSP的調(diào)試和仿真做詳細(xì)的介紹。

引 言

美國WindRiver公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā)的VxWorks操作系統(tǒng)是一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS),是嵌入式操作系統(tǒng)的典型代表,它的高可靠性、可剪裁性、強(qiáng)實(shí)時(shí)性被廣泛的應(yīng)用在軍事、通信、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中,如衛(wèi)星通訊、軍事演習(xí)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航等。BSP(Board Support Package)在VxWorks操作系統(tǒng)中起到了部分接口的驅(qū)動(dòng)和硬件初始化的作用,它是生成bootrom和VxWorks映像文件的前提,而S3C2440是Samsung公司設(shè)計(jì)的ARM920T系列的核心處理器,是嵌入式領(lǐng)域比較常用的ARM處理器。因此,研究基于S3C2440平臺(tái)上的Vxworks BSP移植具有重要的意義。本文就BSP的概念、BSP移植過程中重點(diǎn)修改的幾個(gè)文件、串口和網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)以及BSP的調(diào)試和仿真做詳細(xì)的介紹。

BSP概述

VxWorks操作系統(tǒng)將所有硬件的功能函數(shù)分別放到一系列庫中,這些庫就被稱為板級(jí)支持包BSP。BSP是連接VxWorks操作系統(tǒng)與硬件平臺(tái)的一個(gè)接口軟件包,在引導(dǎo)系統(tǒng)、支持系統(tǒng)運(yùn)行過程中扮演著重要的角色,首先,通過BSP可以生成引導(dǎo)操作系統(tǒng)的bootrom;其次,引導(dǎo)行工程的建立基礎(chǔ)就是BSP;最后,BSP具有與用戶交互的作用,可以提供一個(gè)基礎(chǔ)的硬件調(diào)試環(huán)境。BSP還可以使VxWorks運(yùn)行于特定的硬件平臺(tái),如ARM、PPC、X86等,它包含了一系列與硬件相關(guān)的函數(shù),完成針對(duì)硬件的基本輸入與輸出操作,可以使上層程序員在不用熟悉硬件的情況下進(jìn)行編程。例如,一般它完成以下操作:目標(biāo)板硬件初始化、內(nèi)存控制器初始化、堆棧初始化、外圍設(shè)備初始化(I/O、Interrupt……)、異常向量處理、CACHE操作、硬件設(shè)備的底層驅(qū)動(dòng)、定時(shí)器驅(qū)動(dòng)、串口驅(qū)動(dòng)、END網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)、FLASH驅(qū)動(dòng)、LCD驅(qū)動(dòng)等。

BSP在嵌入式系統(tǒng)中扮演的角色,很類似于在PC系統(tǒng)中的BIOS和驅(qū)動(dòng)程序的地位。圖1中包括了VxWorks操作系統(tǒng)的各種組件,指明了BSP在整個(gè)系統(tǒng)中所處的地位和作用。

VxWorks在S3C2440上的BSP設(shè)計(jì)

S3C2440簡介

移植目標(biāo)機(jī)的硬件配置具體如下:處理器S3C2440,采用ARM920T內(nèi)核,內(nèi)存大小64M;NAND Flash大小為128M;

NOR Flash大小為2M;3路URAT;2路SPI;IIC總線接口;網(wǎng)卡:DM9000,10/100M的自適應(yīng)。

圖1 BSP在嵌入式系統(tǒng)中的位置框圖

BSP的移植過程

要進(jìn)行BSP的開發(fā)和設(shè)計(jì),最好有一個(gè)可參考的模板,由于Samsung S3C2440A的內(nèi)核是ARM920T,所以參考的模板選擇Tornado for arm 的integrator920t。BSP文件主要在VxWorks編譯環(huán)境Tornado的目錄target/config/all和target/config/integrator920t文件夾中。其中,all文件夾里的文件對(duì)于絕大多數(shù)BSP都是共用的,一般來說不用怎么修改,重點(diǎn)是修改integrator920文件夾下的幾個(gè)文件,這主要是指makefile、config.h、rominit.s和sysLib.c中相關(guān)部分的修改,另外添加了串口驅(qū)動(dòng)和DM9000的網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)。

修改Makefile文件

Makefile的兩個(gè)主要功能就是提供文件之間的依賴關(guān)系和目標(biāo)文件生成方法,定義編譯和鏈接整個(gè)BSP的規(guī)則,在makefile文件中有一些參數(shù)已經(jīng)在config.h文件中定義過了,但是必須保證兩處的定義一致,否則會(huì)出現(xiàn)編譯錯(cuò)誤。下面介紹一些需要修改的參數(shù):

CPU:描述目標(biāo)板的處理器類型,設(shè)計(jì)中為ARMARCH4;

TOOL:該參數(shù)用來選擇編譯工具,VxWorks中可使用GNU和DIAB兩種,設(shè)計(jì)中用GNU編譯器來編譯目標(biāo)代碼;

TGT_DIR:默認(rèn)設(shè)置為$(WIND_BASE)/target;

TARGET_DIR:默認(rèn)為BSP所在的目錄,設(shè)計(jì)中為mini2440;

VENDOR:板卡生產(chǎn)商的名稱,設(shè)計(jì)中為HITSAT;

BOARD:板卡的名稱,設(shè)計(jì)中為OMU;

ROM_SIZE:ROM或Flash的大?。ㄊM(jìn)制);

RAM_LOW_ADRS:VxWorks在RAM中的起始地址,即入口地址;

RAM_HIGH_ADRS:非駐留ROM內(nèi)核的啟動(dòng)程序加載地址。關(guān)于入口地址和高位地址的指定需參考硬件的RAM組織。

該文件下其余的設(shè)置和定義都與模板中的一致。

修改config.h

config.h文件是BSP軟件中比較重要的一個(gè)文件,VxWorks內(nèi)核組件的配置可以通過config.h文件來定義。config.h文件包含了所有頭文件和CPU相關(guān)的特殊定義,config.h文件中的配置參數(shù)是在configAll.h文件內(nèi)容的基礎(chǔ)上根據(jù)開發(fā)板的硬件資源設(shè)置的,其中包括定義引導(dǎo)行、修改存儲(chǔ)空間的地址等。下面詳細(xì)介紹config.h文件中修改的部分配置參數(shù):

(1)定義引導(dǎo)行

#define DEFAULT_BOOT_LINE "dm(0,0) zwj-PC:d:VxWorks h=192.168.0.1 e=192.168.0.2 u=zwjhjj pw=zwjfile tn=mini2440"

其中:dm(0,0)為boot device,即啟動(dòng)設(shè)備映像;

zwj-PC為host name,即主機(jī)名;

d:VxWorks為file name,即要下載的VxWorks鏡像文件路徑;

h=192.168.0.1為主機(jī)IP地址;

e=192.168.0.2為目標(biāo)板IP地址;

u=zwjhjj為FTP登陸時(shí)的用戶名;

pw=zwjfile為FTP登陸時(shí)的密碼;

tn=mini2440為目標(biāo)板名稱。

(2)修改地址

對(duì)目標(biāo)板存儲(chǔ)區(qū)配置參數(shù)的修改時(shí)一定要注意:該文件中地址定義,如ROM-TEXT-ADRS、ROM-SIZE、RAM-LOW-ADR、SRAM-HIGH-SIZE等要與Makefile文件中的相關(guān)定義一致。根據(jù)實(shí)際CPU以及外擴(kuò)存儲(chǔ)器的大小來確定目標(biāo)板內(nèi)存。

#define LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS 0x30000000 / *RAM的起始地址*/

#define LOCAL_MEM_SIZE 0x04000000 /*RAM的大小為64M*/

#define ROM_BASE_ADRS 0x00000000 /*Flash的基地址*/

#define ROM_SIZE0x00100000 /*存VxWorks的Flash大小*/

#define ROM_COPY_SIZE ROM_SIZE

#define ROM_SIZE_TOTAL 0x00200000 /*Flash總大小*/

#define RAM_LOW_ADRS 0x30001000 /*VxWorks 映像的入口地址*/

#define RAM_HIGH_ADRS 0x32e00000 /*Bootrom在RAM中的起始地址*/

修改S3C2440x.h

該文件是自己添加的一個(gè)文件,其中包括處理器相關(guān)的外設(shè)寄存器結(jié)構(gòu)、地址、外設(shè)中斷號(hào)分配、串口等的設(shè)置。下面主要介紹一下該文件中對(duì)串口的定義:

/* s3c2440串口的定義*/

#define UART_XTAL_FREQ s3c2440x_PCLK

/*串口時(shí)鐘頻率*/

#define N_s3c2440x_UART_CHANNELS 3 /*串口通道數(shù) */

#define N_SIO_CHANNELS N_s3c2440x_UART_CHANNELS

#define N_UART_CHANNELS N_s3c2440x_UART_CHANNELS

#define UART_0_BASE_ADR 0x50000000 /*串口0的基地址*/

#define UART_1_BASE_ADR 0x50004000/*串口1的基地址*/

#define UART_2_BASE_ADR 0x50008000/*串口2的基地址*/

另外又添加了一個(gè)s3c2440xSio.h文件,在該文件中定義了串口數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):

typedef struct s3c2440x_CHAN

{ SIO_CHAN sio; /* 標(biāo)準(zhǔn)SIO_CHAN結(jié)構(gòu) */

STATUS (*getTxChar) (); /*安裝發(fā)送回調(diào)函數(shù) */

STATUS (*putRcvChar) (); /*安裝接收回調(diào)函數(shù) */

void * getTxArg;

void * putRcvArg;

…….

UINT32 channelMode; /*當(dāng)前模式(中斷或輪詢)*/

int baudRate; /*當(dāng)前波特率*/

}

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)初始化之后,還有幾個(gè)重要的函數(shù)需要注意:sysHwInit():處理器I/O端口的初始化;sysSerialHwInit():初始化設(shè)備描述符;sysSerialHwInit2():通過intConnect()把串口的中斷處理程序s3c2440xIntTx、s3c2440xIntRcv連接接到相應(yīng)的中斷向量上,并由int Enable()開啟兩個(gè)中斷,調(diào)用s3c2440xDevInit2()對(duì)_UCON寄存器賦值完成對(duì)串口的最終配置由輪詢模式轉(zhuǎn)換為中斷模式,并在中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。通過對(duì)這些功能函數(shù)的添加完成串口驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)。

修改romInit.s

部分代碼修改如下:

/*添加了對(duì)串行口UART的初始化,配置了UART的一些控制寄存器,并設(shè)置了波特率,部分代碼如下*/

InitUART:

#define UART_BRD (( 50750000 / (115200 * 16)) - 1)

mov r2,#UART_BRD /*設(shè)置串口的波特率 */

/*初始化堆棧指針*/

ldr sp, L$_STACK_ADDR

mov fp, #0

在建立堆棧之后,系統(tǒng)就具備了高級(jí)語言的執(zhí)行條件,后續(xù)的代碼就可以用C語言來實(shí)現(xiàn)了。

/*使程序跳轉(zhuǎn)至C語言程序段代碼如下*/

#if (ARM_THUMB)

ldr r12,L$_rStrtInRom

orr r12,r12, #1

bx r12

#else

ldr pc,L$_rStrtInRom /*跳轉(zhuǎn)到romStart()中執(zhí)行*/ #endif

CPU將執(zhí)行權(quán)轉(zhuǎn)移給romStart()之后。該函數(shù)就使內(nèi)存清空,然后把整個(gè)引導(dǎo)映像復(fù)制到內(nèi)存中,最后將CPU的控制權(quán)交給usrInit()。

修改sysLib.c

文件sysLib.c提供VxWorks和應(yīng)用程序間的板級(jí)聯(lián)系,這里重點(diǎn)介紹一下內(nèi)存映射函數(shù)。

目標(biāo)系統(tǒng)開啟了MMU模塊,BSP在sysLib.c文件里面就定義了一個(gè)sysPhysMemDesc[ ]表。部分代碼如下所示:

PHYS_MEM_DESC sysPhysMemDesc [] =

{ (void*) (ROM_BASE_ADRS+0xf0000000), (void *) (ROM_BASE_ADRS),

ROUND_UP(ROM_SIZE_TOTAL*2,PAGE_SIZE),

VM_STATE_MASK_VALID|VM_STATE_MASK_WRITABLE|VM_STATE_MASK_CACHEABLE,

VM_STATE_VALID|VM_STATE_WRITABLE_NOT|VM_STATE_CACHEABLE_NOT

}

上面一小段代碼是對(duì)ROM_BASE_ADRS 的內(nèi)存映射,ROM_BASE_ADRS+0xf0000000是要映射的虛擬地址,ROM_BASE_ADRS是硬件設(shè)計(jì)時(shí)定義的實(shí)際物理地址,ROUND_UP(ROM_SIZE_TOTAL*2,PAGE_SIZE)是映射長度,VM_STATE_MASK_VALID|VM_STATE_MASK_WRITABLE|VM_STATE_MASK_CACHEABLE是可初始化的地址狀態(tài),VM_STATE_VALID|VM_STATE_WRITABLE_NOT|VM_STATE_CACHEABLE_NOT是實(shí)際初始化的地址狀態(tài)。

若添加新的外設(shè),該外設(shè)對(duì)應(yīng)的內(nèi)存空間必須在sysPhysMemDesc[]中配置。通過這樣的配置就完成了內(nèi)存映射和MMU的開啟。

修改dm9kEnd.c

由于S3C2440使用的是DM9000網(wǎng)卡。要做好DM9000網(wǎng)卡的END驅(qū)動(dòng)首先要初始化網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)dm9kDevice,這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下:

typedef struct dm9kDevice

{

END_OBJ endObj; /*繼承類 */

int unit; /*設(shè)備單元號(hào) */

UINT32 flags; /* 本地標(biāo)志信號(hào)*/

int ivec; /* 中斷向量 */

int ilevel; *中斷級(jí) */

……

} DM9K_DRV_CTRL

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的END_OBJ類型成員、網(wǎng)卡單元號(hào)、中斷號(hào)和中斷向量是網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)中必須包含的成員元素。

驅(qū)動(dòng)的部分接口函數(shù),主要包括網(wǎng)卡加載函數(shù)dm9kEndLoad、網(wǎng)卡啟動(dòng)函數(shù)dm9kStart、停止網(wǎng)卡函數(shù)dm9kStop、網(wǎng)卡控制函數(shù)dm9kIoctl、網(wǎng)卡卸載函數(shù)dm9kUnload、網(wǎng)卡發(fā)送函數(shù)dm9kSend、獲取組播地址函數(shù)dm9kMCastGet、啟動(dòng)輪詢模式函數(shù)dm9kPollStart、關(guān)閉輪詢模式函數(shù)dm9kPollStop、輪詢模式發(fā)送函數(shù)dm9kPollSend、輪詢模式接收函數(shù)dm9kPollRcv等,通過對(duì)這些接口函數(shù)編寫功能,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)。

在編寫驅(qū)動(dòng)的過程中,還必須注意:由于目標(biāo)板用一種100pin的DM9000芯片,這種芯片除了有CMD信號(hào)之外,還有6根地址片選信號(hào)SA4~SA9,根據(jù)SA4~SA9對(duì)應(yīng)的CPU地址線和數(shù)據(jù)手冊(cè)上引腳定義,可以計(jì)算出網(wǎng)卡的端口地址,如果SA4~SA9對(duì)應(yīng)CPU地址的addr4~addr9,那么網(wǎng)卡端口基址就是0x18000300,這樣可以計(jì)算出網(wǎng)卡的基地址。

圖2 VxWorks COM1口的打印信息

BSP的調(diào)試與仿真

BSP修改完成以后,就要進(jìn)行調(diào)試了,這里采用點(diǎn)亮LED燈的調(diào)試方法,寫一段點(diǎn)燈程序,用BSP生成bootrom和VxWorks映像,使用H-JTAG軟件將bootrom燒寫進(jìn)目標(biāo)板的norflash中,通過在不同位置反復(fù)的調(diào)用點(diǎn)燈程序和燒寫bootrom到norflash中來調(diào)試BSP,并通過串口查看調(diào)試信息,如圖2所示,是操作系統(tǒng)啟動(dòng)過程中,經(jīng)過串口傳輸?shù)街鳈C(jī)上打印的調(diào)試消息,通過這些信息可以判斷出系統(tǒng)啟動(dòng)過程中哪一部分出現(xiàn)了問題。

圖3 VxWorks Shell界面

系統(tǒng)上電之后,bootrom首先運(yùn)行,然后通過網(wǎng)線將VxWorks映像文件下載進(jìn)rom中,圖3所示為VxWorks的Shell界面,顯示設(shè)備列表有串口和網(wǎng)口,表明串口和網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)成功。

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