設(shè)計(jì)開發(fā)了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks的一種基于PC104總線的板載支持包，完成了相關(guān)的外圍驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)和調(diào)試工作。

[關(guān)鍵詞] PC104總線；VxWorks；集成開發(fā)環(huán)境Tornado；板載支持包BSP

1 引言

VxWorks是由美國(guó)的WindRiver推出的一種嵌入式強(qiáng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，它存在多任務(wù)調(diào)度的方式，可以管理多個(gè)外設(shè)，而且它可根據(jù)應(yīng)用程序的需求對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪，最大程度的壓縮代碼，實(shí)現(xiàn)程序的優(yōu)化。

Intelx86系列處理器的嵌入式應(yīng)用一般是以PC104的形式出現(xiàn)的，PC104除包括PC/AT的所有標(biāo)準(zhǔn)功能外，它的CPU模塊還有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：開發(fā)周期短、費(fèi)用低、體積小、層疊連接、功耗小、模塊化、抗沖擊及震動(dòng)能力強(qiáng)，工作及存儲(chǔ)溫度范圍寬、集成度高，可靠性高。

在PC/104總線設(shè)備上使用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備通常有硬盤和基于閃存技術(shù)的固態(tài)電子盤。由于嵌入式系統(tǒng)工作環(huán)境一般比較惡劣，硬盤在惡劣的震動(dòng)條件下無(wú)法正常工作，而固態(tài)電子盤的工作范圍很寬，可以選擇相應(yīng)環(huán)境下的器件(零下40℃到零上85℃)，并且體積很小，適合嵌入式應(yīng)用。本嵌入式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備采用了CE公司的CF(CompactFlash)卡，而在此軟硬件平臺(tái)上設(shè)計(jì)開發(fā)了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks的并基于PC104總線的板載支持包。

2 VxWorks板載支持包BSP設(shè)計(jì)

2.1 基于PC104總線設(shè)備的VxWorks操作系統(tǒng)映像開發(fā)

在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks中，硬件抽象層是以板載支持包BSP的形式出現(xiàn)的。針對(duì)不同的處理器體系結(jié)構(gòu)以及硬件環(huán)境設(shè)計(jì)不同的板載支持包，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks就可以用于不同的硬件環(huán)境，大大減少了資源浪費(fèi)。因?yàn)榘遢d支持包同時(shí)具有硬件相關(guān)性和操作系統(tǒng)相關(guān)性，是一個(gè)介于硬件與軟件之間的軟件層次，包括了系統(tǒng)中的大部分與硬件相關(guān)的軟件模塊。VxWorks板載支持包BSP的設(shè)計(jì)概念使嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks成為一個(gè)通用的嵌入式軟件開發(fā)包，使得相關(guān)的高層的嵌入式應(yīng)用能夠有效地運(yùn)行于特定的、應(yīng)用相關(guān)的硬件設(shè)備之上，使嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks的可移植性大大加強(qiáng)。

BSP與VxWorks操作系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)如下圖1所示：

圖1BSP與VxWorks操作系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)圖

基于PC104總線設(shè)備的VxWorks操作系統(tǒng)映像開發(fā)主要工作有3個(gè)方面：

①板載支持包設(shè)計(jì)與開發(fā)

VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的板載支持包的開發(fā)通常提供一般模板程序，選擇一個(gè)相同處理器結(jié)構(gòu)板載支持包進(jìn)行設(shè)計(jì)。

②相關(guān)外圍硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

嵌入式系統(tǒng)是針對(duì)某一具體應(yīng)用場(chǎng)合開發(fā)的專用系統(tǒng)，因此常常會(huì)使用到一些非標(biāo)準(zhǔn)的硬件設(shè)備，而VxWorks操作系統(tǒng)并不提供相關(guān)的外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序，使用時(shí)需自行開發(fā)相應(yīng)的外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序。

③操作系統(tǒng)映像配置與生成

對(duì)VxWorks操作系統(tǒng)各個(gè)功能模塊進(jìn)行配置，使其在滿足功能需求的條件下達(dá)到代碼量最小，同時(shí)也減少出錯(cuò)的可能性。

2.2 BSP的基本功能及其啟動(dòng)過(guò)程分析

VxWorks板級(jí)支持包BSP在功能上包含兩個(gè)部分：初始化和驅(qū)動(dòng)程序支持。BSP提供了VxWorks同硬件環(huán)境的基本接口界面，并在上電時(shí)進(jìn)行硬件初始化(包括中斷向量的初始化、定時(shí)器初始化、核心內(nèi)存映象的加載等)，支持VxWorks對(duì)硬件驅(qū)動(dòng)的訪問(wèn)，將VxWorks中軟件集成到一體，其功能相當(dāng)于PC機(jī)的BIOS。

VxWorks內(nèi)核的加載分為兩個(gè)步驟，第一個(gè)步驟是PCBIOS對(duì)bootrom的加載，第二個(gè)步驟是BSP引導(dǎo)映像bootrom對(duì)VxWorks操作系統(tǒng)映像加載。基本流程如下所示：

2.3 BSP中函數(shù)調(diào)用過(guò)程分析

BSP啟動(dòng)操作系統(tǒng)的過(guò)程中，需要調(diào)用一列函數(shù)以完成對(duì)系統(tǒng)內(nèi)存映像的加載，整個(gè)過(guò)程分析如下，RomInit函數(shù)初始化處理器，關(guān)閉高速緩存，關(guān)中斷，初始化內(nèi)存。接著調(diào)用RomStart，把映像的數(shù)據(jù)段拷貝到RAM中去，然后調(diào)用usrInit()對(duì)Bss段清零，調(diào)用intVecBaseSet()設(shè)置矢量基地址表，調(diào)用excVecInt()初始化中斷以及異常的向量表，初始化系統(tǒng)硬件，調(diào)用usrKernelInit()初始化wind內(nèi)核，最后執(zhí)行流程執(zhí)行到kernelInit()，kernelInit啟動(dòng)wind內(nèi)核。Wind內(nèi)核的第一個(gè)任務(wù)是usrRoot它通過(guò)調(diào)用usrAppInit啟動(dòng)用戶的任務(wù)，系統(tǒng)可真正啟動(dòng)。

2.4 修改BSP設(shè)計(jì)概要

一般情況下，Tornado提供一些評(píng)估板的板載支持包，而PC104主機(jī)板是根據(jù)工作實(shí)際需要購(gòu)買的，評(píng)估板的板載支持包不能夠直接使用，需要進(jìn)行修改完善。可行的方法是：基于pc586的BSP作為模板進(jìn)行適當(dāng)修改，以滿足這款PC104主機(jī)板的特定硬件環(huán)境。

板載支持包通常存放在Tornado的安裝目錄下面，其路徑是Root/target/config/bspname，root代表tornado的安裝目錄。設(shè)計(jì)一個(gè)可用的新的板載支持包，必須對(duì)Tornado本身自帶板載支持包作一定的分析。pc586板載支持包主要包括一些C文件和一些匯編文件，它們是：config.h，configAll.h，Pc.h，sysLib.c，ctdt.c，sysNetif.c，mkboot.c。板載支持包的缺省配置是由configALL.h來(lái)確定的，用戶可通過(guò)config.h來(lái)改變?nèi)笔∨渲谩Ｈ笔∨渲檬前凑仗幚砥鲝S商的評(píng)估板外圍硬件進(jìn)行系統(tǒng)配置，根據(jù)實(shí)際硬件環(huán)境，一般需要做一定的改動(dòng)，通常會(huì)在config.h中進(jìn)行，通過(guò)一系列的定義宏，完成系統(tǒng)配制工作。

要設(shè)計(jì)針對(duì)這個(gè)半物理仿真試驗(yàn)的所選用的PC104主機(jī)板板載支持包，增加VxWorks對(duì)CF卡支持，需要做出較大改動(dòng)的文件是config.h和configAll.h以及sysLib.c這3個(gè)文件，具體如下：

①在config/bspname/bspname.h中找到修改其CF卡的中斷號(hào)，因?yàn)橐话阒袛嗵?hào)0x9是預(yù)留給硬盤接口，為了避免產(chǎn)生中斷沖突，將#define ATA1_INT_LVL0x9，改為#define ATA1_INT_LVL0xf

②在config/bspname/sysLib.c中找到ATA_RESOURCEataResource[]={................PCMCIA................ }

修改為ATA_RESOURCEataResource[]={................IDE_LOCAL................. }

另外還需要改寫其他的參數(shù)，例如ATA1_CONFIG等。

③在config.h中，把#define SYS_WARM_ATA_CTRL 0改為#define SYS_WARM_ATA_CTRL 1這樣系統(tǒng)熱啟動(dòng)后，就會(huì)從CF卡上的引導(dǎo)區(qū)上引導(dǎo)。

④在config.h中將#define SYS_WARM_TYPE SYS_WARM_FD/*warmstartdevice*/改為#define SYS_WARM_TYPESYS_WARM_ATA

⑤修改ataType數(shù)組使它和所選的CF卡的幾何參數(shù)(磁道，扇區(qū)，柱面等)相等。

將原來(lái)的ataTypes數(shù)組ATA_TYPEataTypes[ATA_MAX_CTRLS] [ATA_MAX_DRIVES]= {................{{761，8，39，512，0xff}，/*ctrl1drive0*/...............}；

改為ATA_TYPE ataTypes [ATA_MAX_CTRLS] [ATA_MAX_DRIVES]= {................{{984，16，4，512，0xff}，/*ctrl1drive0*/...............}；

這個(gè)參數(shù)可以在主機(jī)板的BIOS中查找到，進(jìn)入BIOS后使用idedetection就可以查看到CF卡幾何參數(shù)，根據(jù)查到CF卡的幾何參數(shù)，就可以在sysLib.c中做出相應(yīng)的修改。

2.5 BSP的調(diào)試

針對(duì)板載支持包的設(shè)計(jì)開發(fā)，VxWorks并沒(méi)有提供了非常好的調(diào)試手段，這樣就給調(diào)試BSP帶來(lái)的很大困難。所以在對(duì)BSP進(jìn)行調(diào)試之前，盡量減少代碼量，通過(guò)改寫B(tài)SP目錄下Makefile來(lái)去除不需要的代碼編譯，然后再對(duì)BSP調(diào)試。調(diào)試的方式一般采用閃燈的方式，通過(guò)在有疑問(wèn)的代碼之間插入閃燈的代碼，通過(guò)對(duì)I/O端口的可視LED訪問(wèn)，觀察燈是否閃亮來(lái)判斷BSP的執(zhí)行流程。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)多次試驗(yàn)的調(diào)試，最終設(shè)計(jì)出了基于PC104總線的VxWorks板載支持包。并應(yīng)用于某型飛機(jī)燃油系統(tǒng)的智能化管理，實(shí)踐結(jié)果表明，這種方法是一種切實(shí)可行的方案。