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-- PowerPC VxWorks BSP分析

1 PowerPC BSP定制

如圖1，BSP的主要功能在于配置系統硬件使其工作于正常的狀態，以及完成硬件與軟件之間的數據交互，為OS及上層應用程序提供一個與硬件無關的軟件平臺。因此從執行角度來說，其可以分為兩大部分：

? 目標系統啟動時的硬件初始化及操作系統引導例程，它只在系統啟動過程中執行一次；

? 目標板上控制硬件運行的設備驅動程序，由它來完成硬件與軟件之間的銜接。

圖1 BSP在系統中所處的位置

一般說來，BSP的設計與開發可以分為以下幾個步驟：

（1）建立開發環境。安裝VxWorks集成開發環境(Tornado)；選擇合適的開發工具。目前幾乎每一種處理器都支持JTAG/BDM接口，大多數處理器都有JTAG/BDM調試工具支持，如vision ICE等，采用目標板供應商的DEBUG ROM調試工具也是一種可以考慮的途徑。

（2）選擇合適的BSP模板。如有可能，所選的模板盡可能與硬件平臺相近，當然，實際情況中考慮到費用及充分利用已有的資源，所選的模板可能需要較大的修改才能移植到需要的硬件平臺。

（3）修改或添加WIND內核激活前的初始化代碼，包括初始化CPU內核、MMU、CACHE禁止/使能等。

（4）內核激活以后，連接系統中斷、系統時鐘，修改或添加所需要的設備驅動程序等。

（5）測試與驗證。BSP的正確性與穩定性對上層軟件和整個系統的穩定起著至關重要的作用。因此BSP完成后要經過測試驗證。

BSP主要文件目錄的組成及作用：

target/config/All目錄

這個目錄下的文件是所有BSP文件共享的，不是特別需要不要更改里面的任何文件。

configAll.h：

缺省定義了所有VxWorks的設置，如果不用缺省的設置，可在BSP目錄下的config.h文件中用#define或#undef方式來更改設置。

bootInit.c：

在romInit.s后，完成Boot ROM的第二步初始化。程序從romInit.s中的romInit()跳到這個文件中的romStart()來執行必要的解壓和ROM image的放置

bootConfig.c：完成Boot ROM image的初始化和控制

usrConfig.c： VxWorks image的初始化代碼

target/config/comps/src目錄

涉及系統核心的components，主要由target/config/All中usrConfig.c中函數調用

target/config/bspname目錄

包含系統或硬件相關的BSP文件

Makefile

一些命令行控制images的生成

README

BSP發布紀錄，版本，總的文檔

config.h

包括所有涉及CPU主板的設置及定義(includes，definations)

configNet.h

網絡驅動的主要設置文件，主要對END驅動設置.

romInit.s

匯編語言文件，是VxWorks Boot ROM和ROM based image的入口，參見系統啟動部分

sysALib.s

匯編語言文件，程序員可以把自己的匯編函數放在這個文件里，在上層調用。VxWorks image的入口點_sysInit在這個文件里，是在RAM中執行的第一個函數

sysLib.c

包含一些系統相關的函數例程,提供了一個board-level的接口，VxWorks和應用程序可以以system-indepent的方式生成。這個文件還能包含目錄target/config/comps/src的驅動

sysScsi.c

可選文件用于SCSI設備設置和初始化

sysSerial.c

可選文件用于所有的串口設置和初始化

bootrom.hex

ASIC文件包含VxWorks Boot ROM代碼

VxWorks

運行在目標機上，完整的，連結后的VxWorks二進制文件

VxWorks.sym

完全的，連結后帶有符號表的VxWorks二進制文件

VxWorks.st

完全的，連結后，standalone，帶有符號表的VxWorks二進制文件

1.1啟動過程

VxWorks OS有三種映像：

? Loadable Images：由Bootrom引導通過網口或串口下載到RAM

? ROM-based Images（壓縮/沒有壓縮）：即將Image直接燒入ROM，運行時將Image拷入RAM中運行。

? ROM-Resident Images：Image的指令部分駐留在ROM中運行，僅將數據段部分拷入RAM。

注意這里說的三種映像都是包含真正操作系統VxWorks的映像，其中后兩種可以直接啟動并運行起來，但是第一種不行，它必須借助另一個叫做Boot Image的映像（可以在Tornado中的build->build boot rom中生成）才能運行起來，也就是利用Boot Image引導起來然后通過網口或串口下載真正包含VxWorks的Loadable Image,然后才能運行起來。也就是說Boot Image是和Loadable Image 結合使用的。

現在看來一共有四種映像文件，讓我們看看它們的組成吧：

? Boot Image：包含一段叫做BootStrap Programs的程序+一段ROM BOOT Program程序。

? Loadable Images：由操作系統VxWorks和應用組成的映像。

? ROM-based Images（壓縮/沒有壓縮）：包含一段叫做BootStrap Programs的程序+ Loadable Images(即由操作系統VxWorks和應用組成的映像)

? ROM-Resident Images：同上

通過上面我們可以看出，ROM-based Images，ROM-Resident Images，Boot Image三種映像都包含一段叫做BootStrap Programs的程序，它具有啟動功能，可以把ROM中的代碼段和數據段拷貝到RAM中。

下面我們來看看三種VxWorks OS映像的啟動順序：

Boot Image + Loadable Images

Loadable Images是依靠Boot Image加載啟動的，首先有Boot Image中的程序BootStrap Programs把Boot Program程序加載到RAM中的RAM_HIGH_ADRS處，然后控制權交給Boot Program，由Boot Program負責一系列簡單的硬件初始化（網口，串口等），開始下載Loadable Images（即包含應用的VxWorks操作系統）到RAM_LOW_ADRS，之后控制權交給VxWorks操作系統開始執行。

圖2 Loadable Images VxWorks啟動過程

如圖2，第一階段的執行流程使用的是上圖的左邊的源文件中的那些函數（romInit();romStart();usrInit();sysHwinit();usrKernelinit();usrRoot()）；第二階段執行流程使用的是上圖中右邊源文件中的那些函數（sysInit(); usrInit();sysHwinit();usrKernelinit();usrRoot();usrAppInit()）。下面具體解釋：

第一階段：

romInit.s：romInit()

? 系統上電之后，首先調用的函數就是romInit()

? 禁止中斷

? 把啟動類型（冷啟動/熱啟動）放在堆棧上

? 清除cache

? 初始化CPU基本寄存器，調用SDRAM初始化函數初始化UPM

? 直接跳轉到bootInit.c：romStart()

bootInit.c：romStart()

? 把代碼段和數據段從bootrom復制到RAM當中

? 完成程序映象的解壓縮（如果映象是壓縮版本的）

? 跳轉到bootConfig.c：usrInit()

bootConfig.c：usrInit()

? VxWorks OS中第一個C語言完成的代碼。執行操作系統內核所必須的初始化程序。

? Cache程序庫的初始化

? 清零系統的BSS段

? 初始化中斷向量表

? 使硬件工作在一個“安靜”的狀態，盡量不產生各種中斷或者異常

? 控制權移交給KernelInit()，產生usrRoot根任務

? 在usrRoot根任務中解析Bootline，產生bootCmdLoop任務，用于啟動、加載VxWorks映像

/target/config/all/bootConfig.c是Boot ROM設置模塊，用于加載VxWorks image。執行流程為：

usrRoot();bootCmdLoop(void)命令行選擇，或autobooting;bootLoad(pLine, &entry)加載模塊到內存(網絡、TFFS、TSFS...);netifAttach();go(entry);(entry)()從入口開始執行，不返回。

第二階段：

bootConfig.c： bootLoad( )

? 加載VxWorks映像，并轉向它的加載地址，從sysInit入口開始執行VxWorks映像

sysALib.s： sysInit( )

? 與romInit.s ： romInit()的初始化過程類似，但不再初始化Memory（DRAM和Memory控制器通常初始化一次）

usrConfig.c： usrInit( )

? 設置cache的工作模式，板級硬件初始化，初始化Wind內核，啟動usrRoot( )根任務

usrConfig.c： usrRoot( )

? 初始化內存，系統時鐘，I/O系統，標準輸入輸出錯，異常處理，添加用戶應用程序。

ROM-based Images（壓縮/沒有壓縮）

和上面那種啟動方式相比，這種啟動方式省去了一些步驟，執行完romStart()之后就已經加載VxWorks 到RAM中了，因此，下一步就是把控制權交給VxWorks，由VxWorks從sysInit()開始執行即可。下面是具體的流程：

romInit.s：romInit()

? 系統上電之后，首先調用的函數就是romInit()

? 禁止中斷

? 把啟動類型（冷啟動/熱啟動）放在堆棧上

? 清除cache

? 初始化CPU基本寄存器，調用SDRAM初始化函數初始化UPM

? 直接跳轉到bootInit.c：romStart()

bootInit.c： romStart()

? 把代碼段(如果是VxWorks_romResident映像，則不拷貝代碼段）和數據段從bootrom復制到RAM當中

? 完成程序映象的解壓縮（如果映象是壓縮版本的）

? 跳轉到sysALib.s： sysInit()

sysALib.s： sysInit()

? 重新進行CPU內核（主要是cache）的初始化，這些工作在romInit.s：romInit()中曾經進行

? 是RAM中運行的第一段代碼

? 跳轉到usrConfig.c： usrInit()

usrConfig.c： usrInit()

? VxWorks 中第一個C語言完成的代碼。執行操作系統內核所必須的初始化程序。

? Cache程序庫的初始化

? 清零系統的BSS段

? 初始化中斷向量表

? 使硬件工作在一個“安靜”的狀態，盡量不產生各種中斷或者異常

? 控制權移交給KernelInit()，產生usrRoot根任務

ROM-Resident Images：

這種映像的加載和上一種是基本相同的，其執行順序為：

文件romInit.s中的romInit();文件bootInit.c中的romStart();文件usrConfig.c中的usrInit();sysHwInit();usrKernelInit();KernelInit(usrRoot,...)。

usrRoot()任務的主要功能包括：

? 初始化內存分區表(memory partition library)

? 初始化系統時鐘(system clock)

? 初始化輸入輸出系統(I/O system)----可選

? Create devices----可選

? 設置網絡(Configure network)----可選

? 激活WDB目標通信(Activate WDB agent)----可選

? 調用程序(Activate application