郭勇等

【摘 要】本文簡單介紹了VxWorks實時操作系統(tǒng)和龍芯2F處理器，對基于龍芯2F平臺的VxWorks系統(tǒng)移植進行了分析，并詳細介紹了移植內(nèi)容，包括文件的配置、中斷管理、PCI庫的實現(xiàn)和驅(qū)動程序等方面詳細。

【關鍵詞】龍芯2F；VxWorks；BSP；系統(tǒng)移植

0 引言

VxWorks是美國WindRiver公司推出的一種嵌入式實時操作系統(tǒng)，以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領域中。

龍芯系列處理器是中國科學院計算所自主開發(fā)的國產(chǎn)處理器系，龍芯2F微處理器是64位MIPS 指令集的通用RISC處理器，其最高工作頻率為1GHZ[1]，具有高性能、低功耗等特點。現(xiàn)有的龍芯平臺大都基于Linux操作系統(tǒng)，但是在工業(yè)控制、高性能嵌入式等領域，對實時性、定制性的要求很高，因此VxWorks系統(tǒng)才是比較理想的選擇。

本文首先明確移植的基本思路，然后分別從中斷分級管理性維護、地址空間的訪問擴展、PCI設備的讀寫機制和驅(qū)動程序開發(fā)與配置的建立等幾個方面來展開相關的工作。

1 BVxWorks移植分析

1.1 VxWorks移植的主要內(nèi)容

VxWorks主要由三部分組成：BSP、微內(nèi)核及I/O系統(tǒng)，BSP（ Board Support Package）是板級支持包，是介于主板硬件和操作系統(tǒng)之間的一層，包括硬件初始化、中斷處理、時鐘管理、MMU等功能.在龍芯2F平臺上移植VxWorks，主要就是完成板級支持包BSP的開發(fā).

1.2 VxWorks啟動流程分析與移植思路

與X86的BIOS不同，龍芯2開發(fā)板的BIOS采用了PMON，可以通過網(wǎng)絡或硬盤直接加載ELF格式的VxWorks映像文件到內(nèi)存中運行。對可下載型的VxWorks映像文件，說明如下[2]。

SysInit（）為VxWorks映像的入口函數(shù)，它由匯編語言編寫。SysInit（）通過對CPU內(nèi)部各種控制與狀態(tài)寄存器的設置來使得CPU具有確定的工作方式和穩(wěn)定的狀態(tài)等，然后跳到c語言函數(shù)usrInit（）。

usrInit（）函數(shù)主要進行外圍硬件初始化，為下載VxWorks內(nèi)核映像做初始準備，主要包括cache庫初始化、系統(tǒng)中斷向量初始化、目標板硬件初始化等，最后調(diào)用kernelInit（）。

kernelInit（）為由風河vxWorks庫文件封裝的，功能為提取kernel并運行，使得后期的初始化能夠以kernel下運行的任務來完成。該任務名為tRootTask，它執(zhí)行的方式類似于usrRoot。

針對龍芯2F開發(fā)板，usrInit（）調(diào)用的cacheLibInit（）、sysHwInit（）、sysHwInit2（）等函數(shù)是與硬一些主要的硬件初始化函數(shù)。一部分處理器由于有第三方支持的BSP，可以使用戶方便的使用。而對于龍芯2F，由于其為國產(chǎn)處理器，則通常需要自己建立龍芯2F 專用的BSP。

通常情況下BSP開發(fā)的流程是，先實現(xiàn)一個最小化的VxWorks內(nèi)核，向其中添加定時器、串口設備、中斷控制器等基本驅(qū)動程序，使得VxWorks系統(tǒng)基本可用，然后在此基礎上添加其他設備，最終滿足目標需求.本文進行龍芯2F平臺的BSP開發(fā)也是基于該流程。

2 龍芯2F平臺的VxWorks移植

2.1 Config.h與MakeFile文件的配置

為了使Pmon能夠直接加載VxWorks，需要在BSP 包的MakeFile與Config.h件中修改VxWorks映像文件的入口地址，使其在Pmon支持的加載地址范圍內(nèi)。Config.h文件還涵蓋了龍芯2F的所有包含文件和定義，需要對其修改.修改Config.h文件如下：

#define ROM_BASE_ADRS 0xbfc00000

#define ROM_TEST_ADRS 0xbfc00000

#define ROM_SIZE 0x00100000

#define ROM_HIGH_ADRS 0x bfd00000

#define ROM_LOW_ADRS 0x 00100000

中，ROM_BASE_ADRS表示ROM的基地址，ROM_TEST_ADRS表示初始化啟動代碼存放在ROM中的起始地址，ROM_SIZE表示ROM 的大小，若存儲空間大小為8Mbit，則應該定義為為0x00100000.ROM_HIGH_ADRS表示復制BooTROM 到RAM 所使用的目標地址，ROM_LOW_ADRS表示RAM中的VxWorks運行的起始地址。

此外還要修改MakeFile文件，如CPU類型號，選擇編譯工具，附加編譯選項等。應注意要保證MakeFile和ConFig.h中ROM和RAM宏定義中地址一致等。

2.2 中斷管理

龍芯處理器在它的Cause寄存器中有8個獨立的中斷位，分別對應IP1-IP8，當中斷發(fā)生觸發(fā)異常，異常處理函數(shù)讀取Cause寄存器的EXCODE域為0，判斷異常為中斷產(chǎn)生，然后讀取Cause寄存器IP位判斷中斷來自哪個引腳[3-4]。

VxWorks通過intPrioTable[]來管理MIPS的一級中斷，intPrioTable[]表項數(shù)據(jù)類型為PRIO_TABLE，根椐本課題實際應用，intPrioTable[]數(shù)組設計如下。

PRIO_TABLE intPrioTable[] =

{

{CAUSE_SW1， （ULONG） IV_SWTRAP0_VEC， 0x000100， 0}，

{CAUSE_SW2， （ULONG） IV_SWTRAP1_VEC， 0x000200， 0}，

{CAUSE_IP3， （ULONG） sysFeiInt， 0x000400， 1}，

{CAUSE_IP4， （ULONG） sysSerialprint， 0x000800， 36}，

{CAUSE_IP5， （ULONG） NULL， 0x001000， 0}，

{CAUSE_IP6， （ULONG） NULL， 0x002000， 0}，

{CAUSE_IP7， （ULONG） sysNetInt， 0x004000， 40}，

{CAUSE_IP8， （ULONG） IV_TIMER_VEC， 0x008000， 0}，

}；

2.3 PCI庫的實現(xiàn)

在Vxworks的硬件初始化函數(shù)sysHwInit（）中對PCI庫進行初始化。對于龍芯2而言，PCI采用配置機制0，讀寫函數(shù)具體由sysPciConfigRead（）和sysPciConfigWrite（）來實現(xiàn)，通過PCI總線號，PCI設備號，PCI功能號，按傳入的字節(jié)寬度，實現(xiàn)對PCI配置空間的寄存器地址進行讀寫操作。PCI庫初始化如下：

pci Config LibInit （PCI_MECHANISM_0， ULONG） sysPciConfigRead， ULONG）sysPciConfigWrite，NONE）；sysPciConfigRead（）和sysPciConfigWrite（）基本實現(xiàn)見[4]。Vxworks中實現(xiàn)PCI資源（I/O端口地址、PCI Memory地址、中斷號）的自動分配可以通過sysPciAutoConfig （）接口來實現(xiàn)。

2.4 串口驅(qū)動程序開發(fā)

龍芯2F平臺的啟動過程中，需要對串口設備初始化.普通多模式串行驅(qū)動程序存放在target/src/drv/sio目錄下.此目錄中包括了很多常見的串口設備的驅(qū)動源文件，如i8250SIO.c和nsl16550sio.c等等，同時還包含了templateSio.c模板文件.龍芯2F中的UART串口設備兼容NS 16550，因此可以直接使用nsl16550sio.c作為串口驅(qū)動.如果需要添加特殊串口設備時，需要先在模版templateSio.c上創(chuàng)建驅(qū)動程序，然后修改BSP的syslib.c或sysSerial.c文件，以使它們包括所需的驅(qū)動程序.由于本文龍芯2F平臺的所用硬件均為普通的常用設備，可同樣按照上述方式添加與配置.

3 結(jié)束語

針對不同的用途和需求，龍芯2F的硬件平臺配置也各不相同，但Vxworks移植的方法是類似的.本文詳細研究了龍芯2F平臺下的Vxworks移植方法，并在龍芯2F開發(fā)板上驗證了其可行性，一定程度上可以拓展龍芯系列在高性能嵌入式等領域的應用范圍。

【參考文獻】

[1]龍心.中國科學院計算技術(shù)研究所.2F處理器用戶手冊[Z].2008.

[2]王金剛，譯.Wind River.VxWorks BSP開發(fā)人員指南[M].北京：清華大學出版社，2003.

[3]Wind River Ststem，Inc，VxWorks BSP Developers Guide [Z] ，2008.

[4]趙傳良，張福新，陶品，等，譯.Dominic Sweetman MIPS處理器設計透視[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2005.

[責任編輯：薛俊歌]

{CAUSE_SW2， （ULONG） IV_SWTRAP1_VEC， 0x000200， 0}，

{CAUSE_IP3， （ULONG） sysFeiInt， 0x000400， 1}，

{CAUSE_IP4， （ULONG） sysSerialprint， 0x000800， 36}，

{CAUSE_IP5， （ULONG） NULL， 0x001000， 0}，

{CAUSE_IP6， （ULONG） NULL， 0x002000， 0}，

{CAUSE_IP7， （ULONG） sysNetInt， 0x004000， 40}，

{CAUSE_IP8， （ULONG） IV_TIMER_VEC， 0x008000， 0}，

}；

2.3 PCI庫的實現(xiàn)

在Vxworks的硬件初始化函數(shù)sysHwInit（）中對PCI庫進行初始化。對于龍芯2而言，PCI采用配置機制0，讀寫函數(shù)具體由sysPciConfigRead（）和sysPciConfigWrite（）來實現(xiàn)，通過PCI總線號，PCI設備號，PCI功能號，按傳入的字節(jié)寬度，實現(xiàn)對PCI配置空間的寄存器地址進行讀寫操作。PCI庫初始化如下：

pci Config LibInit （PCI_MECHANISM_0， ULONG） sysPciConfigRead， ULONG）sysPciConfigWrite，NONE）；sysPciConfigRead（）和sysPciConfigWrite（）基本實現(xiàn)見[4]。Vxworks中實現(xiàn)PCI資源（I/O端口地址、PCI Memory地址、中斷號）的自動分配可以通過sysPciAutoConfig （）接口來實現(xiàn)。

2.4 串口驅(qū)動程序開發(fā)

龍芯2F平臺的啟動過程中，需要對串口設備初始化.普通多模式串行驅(qū)動程序存放在target/src/drv/sio目錄下.此目錄中包括了很多常見的串口設備的驅(qū)動源文件，如i8250SIO.c和nsl16550sio.c等等，同時還包含了templateSio.c模板文件.龍芯2F中的UART串口設備兼容NS 16550，因此可以直接使用nsl16550sio.c作為串口驅(qū)動.如果需要添加特殊串口設備時，需要先在模版templateSio.c上創(chuàng)建驅(qū)動程序，然后修改BSP的syslib.c或sysSerial.c文件，以使它們包括所需的驅(qū)動程序.由于本文龍芯2F平臺的所用硬件均為普通的常用設備，可同樣按照上述方式添加與配置.

3 結(jié)束語

針對不同的用途和需求，龍芯2F的硬件平臺配置也各不相同，但Vxworks移植的方法是類似的.本文詳細研究了龍芯2F平臺下的Vxworks移植方法，并在龍芯2F開發(fā)板上驗證了其可行性，一定程度上可以拓展龍芯系列在高性能嵌入式等領域的應用范圍。

【參考文獻】

[1]龍心.中國科學院計算技術(shù)研究所.2F處理器用戶手冊[Z].2008.

[2]王金剛，譯.Wind River.VxWorks BSP開發(fā)人員指南[M].北京：清華大學出版社，2003.

[3]Wind River Ststem，Inc，VxWorks BSP Developers Guide [Z] ，2008.

[4]趙傳良，張福新，陶品，等，譯.Dominic Sweetman MIPS處理器設計透視[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2005.

[責任編輯：薛俊歌]

{CAUSE_SW2， （ULONG） IV_SWTRAP1_VEC， 0x000200， 0}，

{CAUSE_IP3， （ULONG） sysFeiInt， 0x000400， 1}，

{CAUSE_IP4， （ULONG） sysSerialprint， 0x000800， 36}，

{CAUSE_IP5， （ULONG） NULL， 0x001000， 0}，

{CAUSE_IP6， （ULONG） NULL， 0x002000， 0}，

{CAUSE_IP7， （ULONG） sysNetInt， 0x004000， 40}，

{CAUSE_IP8， （ULONG） IV_TIMER_VEC， 0x008000， 0}，

}；

2.3 PCI庫的實現(xiàn)

在Vxworks的硬件初始化函數(shù)sysHwInit（）中對PCI庫進行初始化。對于龍芯2而言，PCI采用配置機制0，讀寫函數(shù)具體由sysPciConfigRead（）和sysPciConfigWrite（）來實現(xiàn)，通過PCI總線號，PCI設備號，PCI功能號，按傳入的字節(jié)寬度，實現(xiàn)對PCI配置空間的寄存器地址進行讀寫操作。PCI庫初始化如下：

pci Config LibInit （PCI_MECHANISM_0， ULONG） sysPciConfigRead， ULONG）sysPciConfigWrite，NONE）；sysPciConfigRead（）和sysPciConfigWrite（）基本實現(xiàn)見[4]。Vxworks中實現(xiàn)PCI資源（I/O端口地址、PCI Memory地址、中斷號）的自動分配可以通過sysPciAutoConfig （）接口來實現(xiàn)。

2.4 串口驅(qū)動程序開發(fā)

龍芯2F平臺的啟動過程中，需要對串口設備初始化.普通多模式串行驅(qū)動程序存放在target/src/drv/sio目錄下.此目錄中包括了很多常見的串口設備的驅(qū)動源文件，如i8250SIO.c和nsl16550sio.c等等，同時還包含了templateSio.c模板文件.龍芯2F中的UART串口設備兼容NS 16550，因此可以直接使用nsl16550sio.c作為串口驅(qū)動.如果需要添加特殊串口設備時，需要先在模版templateSio.c上創(chuàng)建驅(qū)動程序，然后修改BSP的syslib.c或sysSerial.c文件，以使它們包括所需的驅(qū)動程序.由于本文龍芯2F平臺的所用硬件均為普通的常用設備，可同樣按照上述方式添加與配置.

3 結(jié)束語

針對不同的用途和需求，龍芯2F的硬件平臺配置也各不相同，但Vxworks移植的方法是類似的.本文詳細研究了龍芯2F平臺下的Vxworks移植方法，并在龍芯2F開發(fā)板上驗證了其可行性，一定程度上可以拓展龍芯系列在高性能嵌入式等領域的應用范圍。

【參考文獻】

[1]龍心.中國科學院計算技術(shù)研究所.2F處理器用戶手冊[Z].2008.

[2]王金剛，譯.Wind River.VxWorks BSP開發(fā)人員指南[M].北京：清華大學出版社，2003.

[3]Wind River Ststem，Inc，VxWorks BSP Developers Guide [Z] ，2008.

[4]趙傳良，張福新，陶品，等，譯.Dominic Sweetman MIPS處理器設計透視[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2005.

[責任編輯：薛俊歌]