摘 要：針對(duì)Pentium處理器目標(biāo)機(jī)上VxWorks操作系統(tǒng)的研發(fā)，BSP和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)和難點(diǎn)。文章對(duì)BSP和驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)中的理論和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析研究，應(yīng)用風(fēng)河公司開(kāi)發(fā)的Tornado集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，設(shè)計(jì)了VxWorks下的BSP。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)完成基于VxWorks和Pentium處理器的通用開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：VxWorks；BSP；Tornado

1 概述

作為一種高性能嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），其持續(xù)發(fā)展能力好，內(nèi)核性能高、用戶開(kāi)發(fā)環(huán)境友好，具有良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性，被廣泛應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks在上述領(lǐng)域中正發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，甚至?xí)绊懙秸麄€(gè)產(chǎn)品的性能指標(biāo)。

2 BSP組成及作用

BSP（Board Support Package，——板級(jí)支持包）是嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中根據(jù)分層設(shè)計(jì)思想，將系統(tǒng)中與硬件直接相關(guān)的一層軟件獨(dú)立出來(lái)。屏蔽硬件提供操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)及硬件驅(qū)動(dòng)，是BSP的主要功能。BSP和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是嵌入式系統(tǒng)的研發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其質(zhì)量直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

BSP主要由與主板相關(guān)的網(wǎng)口、串口等初始化代碼和硬件驅(qū)動(dòng)程序兩部分組成。

BSP初始化主要是設(shè)備從加電開(kāi)始，對(duì)CPU相關(guān)的寄存器、I/O口、網(wǎng)絡(luò)口、系統(tǒng)數(shù)據(jù)等進(jìn)行初始化。

以PMI2開(kāi)發(fā)板為例，BSP主要作用包括：

（1）PMI2主板硬件初始化，主要對(duì)Intel Pentium的初始化，對(duì)整個(gè)設(shè)備提供底層硬件支持。

（2）為操作系統(tǒng)提供PMI2主板底層驅(qū)動(dòng)程序和系統(tǒng)中斷服務(wù)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(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)的運(yùn)行環(huán)境。

3 基于Pentium處理器BSP開(kāi)發(fā)環(huán)境及設(shè)計(jì)

3.1 PMI2主板硬件配置說(shuō)明

開(kāi)發(fā)環(huán)境及開(kāi)發(fā)工具：開(kāi)發(fā)板使用盛博科技PMI2主板，硬件配置為256M內(nèi)存、1.6GHz單核Itel Pentium CPU、VGA控制器、100/1000M網(wǎng)絡(luò)控制器、Intel82559網(wǎng)卡，開(kāi)發(fā)軟件為T(mén)ornado2.2，主機(jī)安裝目錄為“C：＼ Tornado2.2＼”。

3.2 開(kāi)發(fā)環(huán)境

開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境為T(mén)ornado2.2，是風(fēng)河公司研制的，它包含三部分：

（1）開(kāi)發(fā)工具和實(shí)用程序。

（2）運(yùn)行在PMI2主板CF卡上的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks。

（3）連接顯控軟件和PMI2主板通信設(shè)備的多種通訊方式，如網(wǎng)絡(luò)，串口等。

Tornado2.2開(kāi)發(fā)軟件如圖1所示：

3.3 設(shè)計(jì)目標(biāo)

在Pentium處理器上使用帶有標(biāo)準(zhǔn)板級(jí)支持包的Tornado2.2軟件，開(kāi)發(fā)出滿足主板硬件資源驅(qū)動(dòng)的BSP：（1）支持Pentium處理器。（2）支持ICH4內(nèi)建雙通道IDE硬盤(pán)。（3）支持ICH4集成的以太網(wǎng)控制器。（4）支持USB2.0鍵盤(pán)、鼠標(biāo)。（5）支持CRT和單雙通道LVDS。

BSP開(kāi)發(fā)需要熟悉并掌握VxWorks映像種類，系統(tǒng)的啟動(dòng)順序和過(guò)程，以及BSP軟件包中各文件的功能、組成以及相應(yīng)的文件設(shè)置。

其中BSP與VxWorks關(guān)系如圖2所示：

4 BSP設(shè)計(jì)過(guò)程

BSP設(shè)計(jì)是整個(gè)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的前期，作為系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用程序正常運(yùn)行的保證。結(jié)合實(shí)際中的工程，對(duì)Pentium處理器目標(biāo)板BSP的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)可以分為五個(gè)步驟。

4.1 建立開(kāi)發(fā)環(huán)境

實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)在調(diào)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(qiáng)有力的交叉開(kāi)發(fā)工具，被稱為交叉調(diào)試，并且Tornado2.2開(kāi)發(fā)環(huán)境是基于架構(gòu)的，所以采用主機(jī)和目標(biāo)機(jī)交叉開(kāi)發(fā)，通訊方式采用以太網(wǎng)通訊。

Pentium處理器目標(biāo)板配置有單雙通道LVDS接口，以及相應(yīng)的網(wǎng)口、串口接口，可以通過(guò)它對(duì)硬件進(jìn)行調(diào)試，同時(shí)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(kāi)發(fā)環(huán)境。

開(kāi)發(fā)平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖3所示：

4.2 基于PMI2主板BSP開(kāi)發(fā)包的選擇

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

對(duì)Pentium處理器開(kāi)發(fā)板進(jìn)行BSP設(shè)計(jì)時(shí)，首先選擇一個(gè)與該板卡處理器型號(hào)相近的BSP 包（pcPentium開(kāi)發(fā)包），如圖4所示。然后根據(jù)PMI2主板板卡外圍器件進(jìn)行修改或添加代碼，滿足項(xiàng)目的應(yīng)用，這樣可以起到事半功倍的效果。

具體操作步驟如下：

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

復(fù)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(kāi)發(fā)板的特殊定義，在此基礎(chǔ)上對(duì)開(kāi)發(fā)板的硬件資源進(jìn)行設(shè)置，修改啟動(dòng)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(gè)ata控制器和第0個(gè)驅(qū)動(dòng)； 主機(jī)名稱為fwq；

VxWorks映象下載的完整路徑是D/jgzc/ata0/jgzcsb；

主機(jī)IP為100.10.6.1； 目標(biāo)機(jī)IP為100.10.6.4；

下載VxWorks映象的FTP服務(wù)器的用戶名為zy；

FTP密碼為nihao； 目標(biāo)機(jī)名稱為jggj；

通過(guò)網(wǎng)口（fei，Intel82559芯片控制）使用WDB（WindDebug）協(xié)議。

4.3 BootRom的運(yùn)行

BootRom類型映像是一個(gè)最小化、專用的jgzcsb引導(dǎo)映像， 實(shí)現(xiàn)最少的系統(tǒng)初始化（如網(wǎng)口、多串口等），主要用于啟動(dòng)裝載jgzcsb映像，其功能類似于PC機(jī)的BIOS。

本項(xiàng)目在BootRom啟動(dòng)時(shí)，完成初始化CPU、堆棧指針、寄存器，清理內(nèi)存，屏蔽中斷、CACHE；實(shí)現(xiàn)地址的映射搬家。在啟動(dòng)后，完成多任務(wù)環(huán)境建立， 包括usrRoot任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)任務(wù)、多串口任務(wù)和FTP任務(wù)等。引導(dǎo)映像在8G CF卡中執(zhí)行（駐留型引導(dǎo)映像），為下一步加載VxWorks映像做準(zhǔn)備，系統(tǒng)中其對(duì)應(yīng)的編譯規(guī)則文rules.bsp。

BootRom運(yùn)行時(shí)，調(diào)用的系統(tǒng)函數(shù)流程如圖5所示：

4.4 VxWorks的配置及啟動(dòng)

VxWorks類型映像是系統(tǒng)的主映像，它由一個(gè)體積很小的內(nèi)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(yùn)行于目標(biāo)板上的操作系統(tǒng)。在風(fēng)河公司提供的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Tornado2.2中，用戶可以方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行裁剪。

依據(jù)可裁剪性特點(diǎn)，項(xiàng)目根據(jù)實(shí)際需要對(duì)VxWorks進(jìn)行了最優(yōu)配置，刪除了圖形顯示、TrueFFS設(shè)備等模塊，增加了Ftp、定時(shí)器、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模塊，如圖6所示。通過(guò)BootRom引導(dǎo)映像加載VxWorks應(yīng)用，并跳轉(zhuǎn)到VxWorks的入口函數(shù)SysInit（），執(zhí)行應(yīng)用程序，運(yùn)行于VxWorks系統(tǒng)之上。

本項(xiàng)目VxWorks系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程如表1所示：

4.5 測(cè)試與驗(yàn)證

作為與硬件緊密結(jié)合的軟件模塊，對(duì)BSP進(jìn)行充分的單元測(cè)試和集成測(cè)試是開(kāi)發(fā)成功的保證。

在項(xiàng)目中，開(kāi)發(fā)BSP模塊的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，由于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)沒(méi)有提供Itel82559網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)源代碼，為了確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)展開(kāi)了如下的測(cè)試：

（1）進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧與網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序的集成功能測(cè)試，確保網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序的功能正確。

（2）全面測(cè)試運(yùn)行在該網(wǎng)絡(luò)接口上各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如ICMP、TCP等。

5 結(jié)束語(yǔ)

在介紹BSP的基本概念和作用的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了VxWorks 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的BSP設(shè)計(jì)的具體步驟以及需要注意的問(wèn)題。文章以盛博科技PMI2開(kāi)發(fā)板為例，分析了基于VxWorks的BSP， 并實(shí)現(xiàn)了在實(shí)際工程中的應(yīng)用。然而入式設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于，針對(duì)不同的CPU板， 需根據(jù)具體的硬件板進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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[2]周伯平，張楊，吳瓊.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.