基于S3C2440的VxWorks NandFlash啟動設計與實現(xiàn)

賀翔，胡俊祥,戴鈺

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

0 引言

VxWorks操作系統(tǒng)作為常用的高性能實時操作系統(tǒng)之一，在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中有著其獨特的優(yōu)勢。其開放式結構和對工業(yè)標準的支持，使得開發(fā)人員更易于設計高效的嵌入式系統(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調度、中斷管理、實時的系統(tǒng)資源以及實時的任務間通信，使得程序員可以將盡可能多的精力放在應用程序本身，而不再關心系統(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)點在于支持芯片內執(zhí)行(XIP,eXecute In Place),這樣應用程序就可以直接在 fl ash閃存內運行，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)過程更為簡單，Nand 結構可以在給定的模具尺寸內提供更高的容量，也就相應地降低了價格。但是Nand 器件使用復雜的I/O口來串行地存取數(shù)據(jù)，只有8個引腳用來傳送控制、地址和數(shù)據(jù)信息，不支持芯片內執(zhí)行。故Nor Flash一半用于存儲程序，而Nand Flash一般用于存儲數(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內置的SRAM，叫做stepping stone，系統(tǒng)啟動加電后，能夠把Nand Flash上的起始4KB的內容拷貝到SRAM里執(zhí)行，這樣就可以實現(xiàn)從Nand Flash啟動。本文采用該款處理器，以及K9F2G08U0B型號的Nand Flash、K4S561632N型號的SDRAM、DM9000網(wǎng)卡芯片等作為硬件平臺，并在該平臺下完成VxWorks操作系統(tǒng)的移植，改造了VxWorks啟動過程，實現(xiàn)了采用Nand Flash啟動該操作系統(tǒng)。本嵌入式系統(tǒng)方案對于提升綜合性能、減少硬件復雜度、節(jié)約硬件成本有著重要意義。

1 VxWorks啟動過程分析

VxWorks的啟動流程如圖1所示。系統(tǒng)上電之后，從romInit.S開始運行。首先調用的函數(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）保存啟動類型（冷/熱啟動）；

（4）初始化CPU相關寄存器；

（5）跳轉到bootInit.c中的romStart()函數(shù)；

圖1 Vxworks啟動流程

函數(shù)romStart()主要完成以下功能：

把代碼段和數(shù)據(jù)段復制到RAM當中；

如果映像是壓縮版本的，則需要完成程序映像的解壓縮。

跳轉到bootCon fi g.c的usrInit( )函數(shù)。

函數(shù)usrInit( )設置cache的工作模式，完成板級硬件初始化后，調用sysHwInit( )、usrKernelInit( )、KernelInit( )，初始化內核，產(chǎn)生根任務usrRoot( )。在usrRoot根任務中解析Bootline，產(chǎn)生bootCmdLoop任務，用于啟動、加載VxWorks映像。

在加載VxWorks映像完成后，程序跳轉到sysAlib.S文件中的VxWorks image的入口點_sysInit。此時系統(tǒng)再次進行了一次初始化，進入了第二階段啟動過程[2-4]。本文主要對第一階段啟動過程進行改造，以實現(xiàn)在啟動時能夠調用NandFlash上的程序完成VxWorks操作系統(tǒng)的正常啟動過程。

2 Nand Flash啟動VxWorks實現(xiàn)

由于s3c2440處理器內置的SRAM僅能拷貝Nand Flash上的前4k代碼運行，根據(jù)上述VxWorks啟動過程分析可知，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上程序拷貝到內存中的過程，即修改替換原romStart( )函數(shù)中完成把程序拷貝到RAM中的過程。系統(tǒng)在Make fi le和con fi g.h中通過三個宏定義來確定系統(tǒng)在什么內存地址運行BOOTROM，分別是：ROM _TEXT _ADRS（ROM起始地址）、ROM_LOW_ADRS（VxWorks啟動地址）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代碼內完成程序的復制，需要保證該段拷貝程序在前4k代碼內，這就需要通過修改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代碼內完成程序的復制。

3 系統(tǒng)驗證及應用

完成上述過程后，進行通過移植相應的外設驅動程序完成BSP開發(fā)。VxWorks下支持兩個形式的網(wǎng)卡驅動，一種是兼容BSD4.4的網(wǎng)卡驅動，另一種是END（Enhanced Network Drivers）網(wǎng)卡驅動，由于后者使用比較簡單而且VxWorks對該種驅動支持性好[6]，本文采用END網(wǎng)卡驅動。本系統(tǒng)可通過網(wǎng)卡下載VxWorks映像。

如圖2所示，使用Tornado生成好boorom，然后通過H-JTAG燒寫到NandFlash上，跳線設置S3C2440從NandFlash啟動。

打開服務器端WFTPD，設置好VxWorks鏡像的路徑、用戶名及密碼后，重新上電啟動S3C2440，打開超級終端，修改啟動引導行，主要包括板子IP地址、主機IP地址、FTP用戶名及密碼、VxWorks鏡像文件路徑等。然后輸入@啟動，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，超級終端上變顯示了熟悉的VxWorks啟動畫面，如圖4所示。至此，完成了整個啟動過程。

圖3 VxWorks鏡像下載

圖4 VxWorks啟動畫面

4 結語

本文分析了VxWorks啟動過程，提出了使用Nand Flash啟動Vxworks的設計思路，按照上述步驟進行代碼編寫與調試，從網(wǎng)絡下載VxWorks映像，實現(xiàn)了VxWorks的正常啟動。相比傳統(tǒng)的Nor Flash用于存儲程序、Nand Flash用于存儲數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，降低了硬件設計復雜度、提高了穩(wěn)定性、節(jié)約了開發(fā)成本。

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

* [2]孔祥營,柏桂枝.嵌入式實時操作系統(tǒng)VxWorks及其開發(fā)環(huán)境Tornado[M].北京：中國電力出版社.2002

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

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

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

* [6] 周啟平,張揚.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