基于VxWorks的BSP概念设计和实现

　　概述

　　VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（RTOS），它采用微内核的结构，具有支持多种处理器，丰富的网络协议，良好的兼容性和裁减性等特点，同时具有程序动态链接和的功能。

　　BSP（Board Support Packet——板级支持包）是介于底层硬件和上层软件之间的底层软件开发包，它主要功能为屏蔽硬件，提供操作系统的驱动及硬件驱动，具体功能包括：

　　单板硬件初始化，主要是CPU的初始化，为整个软件系统提供底层硬件支持；

　　为操作系统提供设备驱动程序和系统中断服务程序；

　　定制操作系统的功能，为软件系统提供一个实时多任务的运行环境；

　　初始化操作系统，为操作系统的正常运行做好准备；

　　BSP文件在vxworks/target/config/all和vxworks/target/config/bspname文件夹里。其中，all文件夹里的文件是所有BSP的通用文件，bspname文件夹的文件是用户自己定制的BSP文件。

　　经过编译、链接，并在makefile和depend. bspname等文件的控制下，原程序将生成镜像。VxWorks的镜像可分为两类：可镜像和可引导镜像。

　　镜像就是像照镜子一样。我们一般说的镜像是指给系统作个ghost镜像。这样可以在很短时间，很方便的还原出一个完整的系统来。镜像可以说是一种文件，比如iso,gho都属于镜像文件，镜像文件可以直接刻录到光盘中，也可以用虚拟光驱打开。

　　镜像文件的应用范围比较广泛，常见的应用就是数据备份（如软盘和光盘）。随着宽带网的普及，有些网站也有了ISO格式的文件，方便了软件光盘的制作与传递。常见的镜像文件格式有ISO、BIN、IMG、TAO、DAO、CIF、FCD。 　　还有一个常识就是正版用的人多了就成了盗版了，正版用户每人有一个正版序列号，主要用于升级和打补丁，所以镜像和正版不能划等号，主要是要有序列号。 　　当然据传正版镜像会比盗版稳定一点，据传而已，另外还有和虚拟光驱关联的镜像文件。

　　可镜像（Loadable Image）：实际包括两部分，一是vxWorks，二是boot ROM，两部分是独立创建的。其中boot ROM包括被压缩的boot ROM镜像（bootrom）、非压缩的boot ROM镜像（bootrom_uncmp）和驻留ROM的boot ROM镜像（bootrom_res）三种类型；

　　可引导镜像（Bootable Image）：是将引导程序和vxWorks融为一体的镜像，它常常是终产品，包括不驻留ROM的镜像和驻留ROM的镜像两种类型。

　　VxWorks系统启动流程

　　VxWorks 是美国 Wind River System 公司（ 以下简称风河 公司 ，即 WRS 公司）推出的一个实时操作系统。Tornado 是WRS 公司推出的一套实时操作系统开发环境，类似Microsoft Visual C，但是提供了更丰富的调试、仿真环境和工具。

　　VxWorks 提供了一个快速灵活的与 ANSI C 兼容的 I/O 系统，包括 UNIX 标准的Basic I/O（creat（）， remove（）， open（），close（）， read（）， write（）， and ioctl（）。），Buffer I/O （fopen（）， fclose（）， fread（）， fwrite（）， getc（）， putc（）） 以及POSIX 标准的异步 I/O。VxWorks 包括以下驱动程序：网络驱动、管道驱动、RAM盘驱动、SCSI驱动、键盘驱动、显示驱动、磁盘驱动、并口驱动等

　　一般来说，所有处理器的VxWorks系统启动流程都是相似的，但有些处理器会有一些特殊的步骤，而另一些处理器会跳过几个步骤。

　　BSP的开发过程

　　建立开发环境

　　主要是以目标板CPU的BSP文件为模板，在 ornado argetconfig目录下创建用户的BSP目录bspname，把 ornado argetconfigall下的文件和BSP模板文件拷贝到该目录下，根据具体情况选择合适的VxWorks镜像类型。

　　修改模板程序

　　Makefile

　　Makefile文件控制镜像的创建，在Makefile文件里使用了将近135个宏，简单的Makefile文件要包含以下的宏：

　　·CPU：目标板CPU的类型；

　　·TOOL：主机的make工具，为GNU；

　　·TGT_DIR：target路径，默认为$（WIND_BASE）/target；

　　·TARGET_DIR：BSP目录名；

　　·VENDER：目标板生产商名；

　　·BOARD：目标板名；

　　·ROM_TEXT_ADRS：boot ROM的入口地址（以16进制表示，并且与config.h文件定义相同）；

　　·MACH_EXTRA：扩展文件，用户可以加入自己的目标模块；

　　·除此以外，Makefile文件还需要包括以下文件：

　　·$（TGT_DIR）/h/make/defs.bsp：Vxworks系统运行的标准变量定义；

　　·$（TGT_DIR）/h/make/make.$（CPU）$（TOOL）：提供了特别的目标机结构和一套编译工具，如make. ARM7TDMI_Tgnu；

　　·$（TGT_DIR）/h/make/defs.$（WIND_HOST_TYPE）：提供了与主机系统有关的定义；

　　·如果没有用all目录下的文件而是拷贝到bspname下修改并使用，需要定义与这些文件有关的宏，如

　　BOOTINIT=bootInit.c

　　这样在创建镜像时就不会用all目录下的文件而使用bspname目录下的相应文件了；

　　·在Makefile文件里凡是16进制数前面都无需加“0x”；

　　bspname.h

　　根据具体目标板设置串行接口、时钟以及I/O设备等。在该文件中必须包含以下内容：

　　·中断向量/级别

　　·I/O设备地址

　　·设备寄存器位的含义

　　·系统和附加时钟参数（和速率）

　　config.h

　　根据目标板的具体情况配置宏定义，注意ROM_TEXT_ADRS、ROM_SIZE、RAM_LOW_ADRS、RAM_HIGH_ADRS要与Makefile文件里定义的一致，LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS和LOCAL_MEM_SIZE要正确。

　　romInit.s

　　这是系统上电后运行的个程序，根据具体目标板对寄存器和CPU进行设置；以CPU为ARM7TDMI为例，romInit.s 需要进行的工作有：

　　·保存启动方式：对于冷启动，如果CPU配置的是HIGH VECTORS，就设置入口地址为0xFFFF0000，否则设置入口地址为0x00000000；

　　·屏蔽中断：通过设置cpsr的I_BIT和F_BIT都为1来实现，还要设置中断寄存器为关模式，同时设定运行模式为SVC32模式；

　　·初始化堆栈指针pc和sp：堆栈指针sp指向STACK_ADRS，这个宏的定义为当镜像为驻留ROM时，该宏值为_sdata，当镜像为非驻留ROM时该宏值为_romInit，这两个地址经过地址映射后都指向被拷贝镜像在RAM的目标地址；

　　·初始化cache，屏蔽cache；

　　·根据具体目标板的需要初始化其他寄存器；

　　·指针跳转到romStart（）函数并执行；

　　sysALib.s

　　与romInit.s文件实现的功能相似，但如果在romInit.s文件里对DRAM和内存控制器进行了初始化在这里不再进行这项工作；

　　创建VxWorks镜像

　　根据具体需要在命令行环境下利用Makefile创建各种镜像，也可以在Tornado的集成环境下Build菜单中选择Build Boot ROM来创建各种类型的Boot ROM；

　　结语

　　我们已经利用基于VxWorks的BSP开发包成功的进行了线缆调制解调器的底层软件开发。在开发过程中深感BSP在整个系统软件中的重要性——没有正确的BSP软件，整个系统的启动和运行也不会正确。对同一目标板而言，不同操作系统的BSP在本质上是一样的，但是不同的操作系统将提供不同的支持库，另外在BSP结构上也可能会有所不同，在做BSP移植的时候应该注意。

  

参考文献:

[1]. TOOL datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/TOOL_2550708.html.
[2]. ARM7TDMI datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/ARM7TDMI_139812.html.