基于Pentium處理器VxWorks實時操作系統(tǒng)BSP的設計

摘 要：針對Pentium處理器目標機上VxWorks操作系統(tǒng)的研發(fā)，BSP和設備驅動程序的設計是一個關鍵環(huán)節(jié)和難點。文章對BSP和驅動程序設計中的理論和關鍵技術進行了分析研究，應用風河公司開發(fā)的Tornado集成開發(fā)環(huán)境，設計了VxWorks下的BSP。在此基礎上，開發(fā)完成基于VxWorks和Pentium處理器的通用開發(fā)平臺。

關鍵詞：VxWorks；BSP；Tornado

1 概述

作為一種高性能嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS），其持續(xù)發(fā)展能力好，內核性能高、用戶開發(fā)環(huán)境友好，具有良好的可靠性和卓越的實時性，被廣泛應用在通信、軍事、航空、航天等實時性要求極高的領域中。嵌入式實時操作系統(tǒng)VxWorks在上述領域中正發(fā)揮著越來越重要的作用，甚至會影響到整個產品的性能指標。

2 BSP組成及作用

BSP（Board Support Package，——板級支持包）是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程中根據(jù)分層設計思想，將系統(tǒng)中與硬件直接相關的一層軟件獨立出來。屏蔽硬件提供操作系統(tǒng)的驅動及硬件驅動，是BSP的主要功能。BSP和設備驅動程序是嵌入式系統(tǒng)的研發(fā)過程中的關鍵環(huán)節(jié)，其質量直接影響到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

BSP主要由與主板相關的網口、串口等初始化代碼和硬件驅動程序兩部分組成。

BSP初始化主要是設備從加電開始，對CPU相關的寄存器、I/O口、網絡口、系統(tǒng)數(shù)據(jù)等進行初始化。

以PMI2開發(fā)板為例，BSP主要作用包括：

（1）PMI2主板硬件初始化，主要對Intel Pentium的初始化，對整個設備提供底層硬件支持。

（2）為操作系統(tǒng)提供PMI2主板底層驅動程序和系統(tǒng)中斷服務程序。

（3）操作系統(tǒng)的功能可以定制，為軟件系統(tǒng)提供一個實時多任務的運行環(huán)境。

3 基于Pentium處理器BSP開發(fā)環(huán)境及設計

3.1 PMI2主板硬件配置說明

開發(fā)環(huán)境及開發(fā)工具：開發(fā)板使用盛博科技PMI2主板，硬件配置為256M內存、1.6GHz單核Itel Pentium CPU、VGA控制器、100/1000M網絡控制器、Intel82559網卡，開發(fā)軟件為Tornado2.2，主機安裝目錄為“C：＼ Tornado2.2＼”。

3.2 開發(fā)環(huán)境

開發(fā)調試環(huán)境為Tornado2.2，是風河公司研制的，它包含三部分：

（1）開發(fā)工具和實用程序。

（2）運行在PMI2主板CF卡上的實時操作系統(tǒng)VxWorks。

（3）連接顯控軟件和PMI2主板通信設備的多種通訊方式，如網絡，串口等。

Tornado2.2開發(fā)軟件如圖1所示：

3.3 設計目標

在Pentium處理器上使用帶有標準板級支持包的Tornado2.2軟件，開發(fā)出滿足主板硬件資源驅動的BSP：（1）支持Pentium處理器。（2）支持ICH4內建雙通道IDE硬盤。（3）支持ICH4集成的以太網控制器。（4）支持USB2.0鍵盤、鼠標。（5）支持CRT和單雙通道LVDS。

BSP開發(fā)需要熟悉并掌握VxWorks映像種類，系統(tǒng)的啟動順序和過程，以及BSP軟件包中各文件的功能、組成以及相應的文件設置。

其中BSP與VxWorks關系如圖2所示：

4 BSP設計過程

BSP設計是整個嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的前期，作為系統(tǒng)內應用程序正常運行的保證。結合實際中的工程，對Pentium處理器目標板BSP的設計與開發(fā)可以分為五個步驟。

4.1 建立開發(fā)環(huán)境

實時嵌入式操作系統(tǒng)在調試環(huán)境上與桌面操作系統(tǒng)存在明顯的區(qū)別，它具有一套強有力的交叉開發(fā)工具，被稱為交叉調試，并且Tornado2.2開發(fā)環(huán)境是基于架構的，所以采用主機和目標機交叉開發(fā)，通訊方式采用以太網通訊。

Pentium處理器目標板配置有單雙通道LVDS接口，以及相應的網口、串口接口，可以通過它對硬件進行調試，同時也將bootrom映像燒入到主板上的8G CF卡中。由此建立起硬件和軟件的開發(fā)環(huán)境。

開發(fā)平臺結構如圖3所示：

4.2 基于PMI2主板BSP開發(fā)包的選擇

BSP的開發(fā)是銜接系統(tǒng)硬件與軟件的重要環(huán)節(jié)，開發(fā)模板的選擇尤為重要。選擇與開發(fā)板相近的BSP開發(fā)包可以大大減少開發(fā)周期。

對Pentium處理器開發(fā)板進行BSP設計時，首先選擇一個與該板卡處理器型號相近的BSP 包（pcPentium開發(fā)包），如圖4所示。然后根據(jù)PMI2主板板卡外圍器件進行修改或添加代碼，滿足項目的應用，這樣可以起到事半功倍的效果。

具體操作步驟如下：

打開C：＼Tornado2.2＼target＼config＼下的pcPentium文件夾，改名為PMI2。

復制C：＼Tornado2.2＼target＼config＼All 全部文件到目錄PMI2中。

PMI2文件中包含了所有頭文件和開發(fā)板的特殊定義，在此基礎上對開發(fā)板的硬件資源進行設置，修改啟動命令行CPU = = PENTIUM定義如下：

#define DEFAULT_BOOT_LINE \"ata = 0，0（0，0） fwq：D/jgzc/ata0/jgzcsb h=100.10.6.1 e=100.10.6.4 u=zy pw=nihao tn=jggj o=fei\"

其意義是：

使用第0個ata控制器和第0個驅動； 主機名稱為fwq；

VxWorks映象下載的完整路徑是D/jgzc/ata0/jgzcsb；

主機IP為100.10.6.1； 目標機IP為100.10.6.4；

下載VxWorks映象的FTP服務器的用戶名為zy；

FTP密碼為nihao； 目標機名稱為jggj；

通過網口（fei，Intel82559芯片控制）使用WDB（WindDebug）協(xié)議。

4.3 BootRom的運行

BootRom類型映像是一個最小化、專用的jgzcsb引導映像， 實現(xiàn)最少的系統(tǒng)初始化（如網口、多串口等），主要用于啟動裝載jgzcsb映像，其功能類似于PC機的BIOS。

本項目在BootRom啟動時，完成初始化CPU、堆棧指針、寄存器，清理內存，屏蔽中斷、CACHE；實現(xiàn)地址的映射搬家。在啟動后，完成多任務環(huán)境建立， 包括usrRoot任務、網絡任務、多串口任務和FTP任務等。引導映像在8G CF卡中執(zhí)行（駐留型引導映像），為下一步加載VxWorks映像做準備，系統(tǒng)中其對應的編譯規(guī)則文rules.bsp。

BootRom運行時，調用的系統(tǒng)函數(shù)流程如圖5所示：

4.4 VxWorks的配置及啟動

VxWorks類型映像是系統(tǒng)的主映像，它由一個體積很小的內核及一些可以根據(jù)需要定制的系統(tǒng)模塊組成，是真正運行于目標板上的操作系統(tǒng)。在風河公司提供的集成開發(fā)環(huán)境Tornado2.2中，用戶可以方便地對系統(tǒng)進行裁剪。

依據(jù)可裁剪性特點，項目根據(jù)實際需要對VxWorks進行了最優(yōu)配置，刪除了圖形顯示、TrueFFS設備等模塊，增加了Ftp、定時器、網絡系統(tǒng)模塊，如圖6所示。通過BootRom引導映像加載VxWorks應用，并跳轉到VxWorks的入口函數(shù)SysInit（），執(zhí)行應用程序，運行于VxWorks系統(tǒng)之上。

本項目VxWorks系統(tǒng)啟動過程如表1所示：

4.5 測試與驗證

作為與硬件緊密結合的軟件模塊，對BSP進行充分的單元測試和集成測試是開發(fā)成功的保證。

在項目中，開發(fā)BSP模塊的網絡驅動程序時，由于實時操作系統(tǒng)沒有提供Itel82559網卡驅動源代碼，為了確保整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，系統(tǒng)對網絡展開了如下的測試：

（1）進行網絡協(xié)議棧與網絡驅動程序的集成功能測試，確保網絡驅動程序的功能正確。

（2）全面測試運行在該網絡接口上各種網絡協(xié)議，如ICMP、TCP等。

5 結束語

在介紹BSP的基本概念和作用的基礎上，重點介紹了VxWorks 實時操作系統(tǒng)的BSP設計的具體步驟以及需要注意的問題。文章以盛博科技PMI2開發(fā)板為例，分析了基于VxWorks的BSP， 并實現(xiàn)了在實際工程中的應用。然而入式設計的難點在于，針對不同的CPU板， 需根據(jù)具體的硬件板進行具體設計。

參考文獻

[1] WindRiver System Inc. VxWorks BSP Developer's Guide 5.5[M].2002.

[2]周伯平，張楊，吳瓊.VxWorks下設備驅動程序及BSP開發(fā)指南[M].北京：中國電力出版社，2004.