基于S3C2440的VxWorks NandFlash啟動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

賀翔，胡俊祥,戴鈺

（1.廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣東廣州，510000；2.廣東廣播電視臺(tái)，廣東廣州，510000）

0 引言

VxWorks操作系統(tǒng)作為常用的高性能實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)之一，在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。其開(kāi)放式結(jié)構(gòu)和對(duì)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的支持，使得開(kāi)發(fā)人員更易于設(shè)計(jì)高效的嵌入式系統(tǒng)，并可以以很小的工作量移植到其它不同的處理器上；該操作系統(tǒng)軟件為程序員提供了高效的任務(wù)調(diào)度、中斷管理、實(shí)時(shí)的系統(tǒng)資源以及實(shí)時(shí)的任務(wù)間通信，使得程序員可以將盡可能多的精力放在應(yīng)用程序本身，而不再關(guān)心系統(tǒng)資源的管理[1]。

Nor Flash及Nand Flash是嵌入式系統(tǒng)中主流的兩種Flash類型。Nor Flash的優(yōu)點(diǎn)在于支持芯片內(nèi)執(zhí)行(XIP,eXecute In Place),這樣應(yīng)用程序就可以直接在 fl ash閃存內(nèi)運(yùn)行，而不必把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。Nor Flash的傳輸效率很高，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。另外，由于其容量小，同等容量下價(jià)格貴，一般情況下往往配合Nand Flash一同使用。Nand Flash的單元尺寸幾乎是Nor器件的一半，由于生產(chǎn)過(guò)程更為簡(jiǎn)單，Nand 結(jié)構(gòu)可以在給定的模具尺寸內(nèi)提供更高的容量，也就相應(yīng)地降低了價(jià)格。但是Nand 器件使用復(fù)雜的I/O口來(lái)串行地存取數(shù)據(jù)，只有8個(gè)引腳用來(lái)傳送控制、地址和數(shù)據(jù)信息，不支持芯片內(nèi)執(zhí)行。故Nor Flash一半用于存儲(chǔ)程序，而Nand Flash一般用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

s3c2440是samsung公司的一款常用的ARM9系列處理器，由于該處理器里有一個(gè)內(nèi)置的SRAM，叫做stepping stone，系統(tǒng)啟動(dòng)加電后，能夠把Nand Flash上的起始4KB的內(nèi)容拷貝到SRAM里執(zhí)行，這樣就可以實(shí)現(xiàn)從Nand Flash啟動(dòng)。本文采用該款處理器，以及K9F2G08U0B型號(hào)的Nand Flash、K4S561632N型號(hào)的SDRAM、DM9000網(wǎng)卡芯片等作為硬件平臺(tái)，并在該平臺(tái)下完成VxWorks操作系統(tǒng)的移植，改造了VxWorks啟動(dòng)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了采用Nand Flash啟動(dòng)該操作系統(tǒng)。本嵌入式系統(tǒng)方案對(duì)于提升綜合性能、減少硬件復(fù)雜度、節(jié)約硬件成本有著重要意義。

1 VxWorks啟動(dòng)過(guò)程分析

VxWorks的啟動(dòng)流程如圖1所示。系統(tǒng)上電之后，從romInit.S開(kāi)始運(yùn)行。首先調(diào)用的函數(shù)就是romInit( )，該函數(shù)主要完成以下功能：

（1）禁止中斷；

（2）初始化堆棧；

（3）保存啟動(dòng)類型（冷/熱啟動(dòng)）；

（4）初始化CPU相關(guān)寄存器；

（5）跳轉(zhuǎn)到bootInit.c中的romStart()函數(shù)；

圖1 Vxworks啟動(dòng)流程

函數(shù)romStart()主要完成以下功能：

把代碼段和數(shù)據(jù)段復(fù)制到RAM當(dāng)中；

如果映像是壓縮版本的，則需要完成程序映像的解壓縮。

跳轉(zhuǎn)到bootCon fi g.c的usrInit( )函數(shù)。

函數(shù)usrInit( )設(shè)置cache的工作模式，完成板級(jí)硬件初始化后，調(diào)用sysHwInit( )、usrKernelInit( )、KernelInit( )，初始化內(nèi)核，產(chǎn)生根任務(wù)usrRoot( )。在usrRoot根任務(wù)中解析Bootline，產(chǎn)生bootCmdLoop任務(wù)，用于啟動(dòng)、加載VxWorks映像。

在加載VxWorks映像完成后，程序跳轉(zhuǎn)到sysAlib.S文件中的VxWorks image的入口點(diǎn)_sysInit。此時(shí)系統(tǒng)再次進(jìn)行了一次初始化，進(jìn)入了第二階段啟動(dòng)過(guò)程[2-4]。本文主要對(duì)第一階段啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)行改造，以實(shí)現(xiàn)在啟動(dòng)時(shí)能夠調(diào)用NandFlash上的程序完成VxWorks操作系統(tǒng)的正常啟動(dòng)過(guò)程。

2 Nand Flash啟動(dòng)VxWorks實(shí)現(xiàn)

由于s3c2440處理器內(nèi)置的SRAM僅能拷貝Nand Flash上的前4k代碼運(yùn)行，根據(jù)上述VxWorks啟動(dòng)過(guò)程分析可知，程序必須在romInit( )函數(shù)完成硬件初始化之后，在romStart( )函數(shù)完成映像解壓縮之前完成把Nand Flash上程序拷貝到內(nèi)存中的過(guò)程，即修改替換原romStart( )函數(shù)中完成把程序拷貝到RAM中的過(guò)程。系統(tǒng)在Make fi le和con fi g.h中通過(guò)三個(gè)宏定義來(lái)確定系統(tǒng)在什么內(nèi)存地址運(yùn)行BOOTROM，分別是：ROM _TEXT _ADRS（ROM起始地址）、ROM_LOW_ADRS（VxWorks啟動(dòng)地址）和RAM_HIGH_ADRS（Bootrom程序入口地址）。這里需要添加從Nand Flash把程序拷貝入內(nèi)存的函數(shù)[5]，定義在nand.c文件中。定義該函數(shù)：

該函數(shù)的部分主要代碼如下：

在完成該部分函數(shù)的添加修改之后，為了在編譯中把RdNF2SDRAM函數(shù)一同編譯進(jìn)去，需要在make fi le文件中加入：

由于SRAM空間只有4k，為了保證在前4k代碼內(nèi)完成程序的復(fù)制，需要保證該段拷貝程序在前4k代碼內(nèi)，這就需要通過(guò)修改rules.bsp文件修改編譯順序，如：

修改使$(BOOT_EXTRA)較先編譯，鏈接到程序靠前的位置，或者也可以直接使nand.o較先編譯、鏈接，可保證在前4k代碼內(nèi)完成程序的復(fù)制。

3 系統(tǒng)驗(yàn)證及應(yīng)用

完成上述過(guò)程后，進(jìn)行通過(guò)移植相應(yīng)的外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序完成BSP開(kāi)發(fā)。VxWorks下支持兩個(gè)形式的網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，一種是兼容BSD4.4的網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，另一種是END（Enhanced Network Drivers）網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，由于后者使用比較簡(jiǎn)單而且VxWorks對(duì)該種驅(qū)動(dòng)支持性好[6]，本文采用END網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)。本系統(tǒng)可通過(guò)網(wǎng)卡下載VxWorks映像。

如圖2所示，使用Tornado生成好boorom，然后通過(guò)H-JTAG燒寫到NandFlash上，跳線設(shè)置S3C2440從NandFlash啟動(dòng)。

打開(kāi)服務(wù)器端WFTPD，設(shè)置好VxWorks鏡像的路徑、用戶名及密碼后，重新上電啟動(dòng)S3C2440，打開(kāi)超級(jí)終端，修改啟動(dòng)引導(dǎo)行，主要包括板子IP地址、主機(jī)IP地址、FTP用戶名及密碼、VxWorks鏡像文件路徑等。然后輸入@啟動(dòng)，在WFTPD窗口上看到VxWorks鏡像下載的信息，如圖3所示。

VxWorks鏡像下載完成后，超級(jí)終端上變顯示了熟悉的VxWorks啟動(dòng)畫(huà)面，如圖4所示。至此，完成了整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程。

圖3 VxWorks鏡像下載

圖4 VxWorks啟動(dòng)畫(huà)面

4 結(jié)語(yǔ)

本文分析了VxWorks啟動(dòng)過(guò)程，提出了使用Nand Flash啟動(dòng)Vxworks的設(shè)計(jì)思路，按照上述步驟進(jìn)行代碼編寫與調(diào)試，從網(wǎng)絡(luò)下載VxWorks映像，實(shí)現(xiàn)了VxWorks的正常啟動(dòng)。相比傳統(tǒng)的Nor Flash用于存儲(chǔ)程序、Nand Flash用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，降低了硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜度、提高了穩(wěn)定性、節(jié)約了開(kāi)發(fā)成本。

* [1]Wind River System Inc.VxWorks 6.0 Device Driver Develop—er’s Guide [Z].2004

* [2]孔祥營(yíng),柏桂枝.嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks及其開(kāi)發(fā)環(huán)境Tornado[M].北京：中國(guó)電力出版社.2002

* [3]徐少毅,李君龍. 基于VxWorks的BSP概念與開(kāi)發(fā)[J].電子產(chǎn)品世界,2002,03(B)

* [4]馮榮尉.基于ARM9的嵌入式硬件設(shè)計(jì)和VxWorks操作系統(tǒng)移植[D].北京理工大學(xué),2008

* [5] Samsung Electronics Co.LTD. K9XXG08 U0B User’s Manu—al[Z].2005

* [6] 周啟平,張揚(yáng).VxWorks下設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序及BSP開(kāi)發(fā)指南[M].北京:中國(guó)電力出版社,2004