基于VxWorks的BSP概念与开发

摘 要：本文以VxWorks操作系统为例阐述了BSP的概念和系统启动流程，并描述了BSP的开发过程。
关键词：BSP；VxWorks；镜像；boot Rom
概述
VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统(RTOS)，它采用微内核的结构，具有支持多种处理器，丰富的网络协议，良好的兼容性和裁减性等特点，同时具有程序动态链接和下载的功能。

BSP(Board Support Packet——板级支持包)是介于底层硬件和上层软件之间的底层软件开发包，它主要功能为屏蔽硬件，提供操作系统的驱动及硬件驱动，具体功能包括：
·单板硬件初始化，主要是CPU的初始化，为整个软件系统提供底层硬件支持；
·为操作系统提供设备驱动程序和系统中断服务程序；
·定制操作系统的功能，为软件系统提供一个实时多任务的运行环境；
·初始化操作系统，为操作系统的正常运行做好准备；
BSP在VxWorks系统中的地位见图1。
BSP文件在vxworks/target/config/all和vxworks/target/config/bspname文件夹里。其中，all文件夹里的文件是所有BSP的通用文件，bspname文件夹的文件是用户自己定制的BSP文件。
经过编译、链接，并在makefile和depend. bspname等文件的控制下，原程序最后将生成镜像。VxWorks的镜像可分为两类：可下载镜像和可引导镜像。
·可下载镜像(Loadable Image)：实际包括两部分，一是vxWorks，二是boot ROM，两部分是独立创建的。其中boot ROM包括被压缩的boot ROM镜像(bootrom)、非压缩的boot ROM镜像(bootrom_uncmp)和驻留ROM的boot ROM镜像(bootrom_res)三种类型；
·可引导镜像(Bootable Image)：是将引导程序和vxWorks融为一体的镜像，它常常是最终产品，包括不驻留ROM的镜像和驻留ROM的镜像两种类型。

VxWorks系统启动流程
一般来说，所有处理器的VxWorks系统启动流程都是相似的，但有些处理器会有一些特殊的步骤，而另一些处理器会跳过几个步骤。
下面以CPU为ARM7TDMI为例具体描述(见表1)。
对于可引导镜像在usrConfig.c文件里执行，对于可下载镜像在bootConfig.c文件里执行。
图2为压缩的可引导镜像的启动过程图示，其中所用到的地址的说明见表２。

BSP的开发过程
建立开发环境
主要是以目标板CPU的BSP文件为模板，在 ornado argetconfig目录下创建用户的BSP目录bspname，把 ornado argetconfigall下的文件和BSP模板文件拷贝到该目录下，根据具体情况选择合适的VxWorks镜像类型。
修改模板程序
Makefile
Makefile文件控制镜像的创建，在Makefile文件里使用了将近135个宏，最简单的Makefile文件要包含以下的宏：
·CPU：目标板CPU的类型；
·TOOL：主机的make工具，为GNU；
·TGT_DIR：target路径，默认为$(WIND_BASE)/target；
·TARGET_DIR：BSP目录名；
·VENDER：目标板生产商名；
·BOARD：目标板名；
·ROM_TEXT_ADRS：boot ROM的入口地址(以16进制表示，并且与config.h文件定义相同)；
·ROM_SIZE：ROM的大小；
·RAM_LOW_ADRS：加载vxWorks的目标地址；
·RAM_HIGH_ADRS：boot ROM拷贝到RAM的目标地址；
·HEX_FLAGS：特殊结构的标记，用于产生S－记录文件；
·MACH_EXTRA：扩展文件，用户可以加入自己的目标模块；
·除此以外，Makefile文件还需要包括以下文件：
·$(TGT_DIR)/h/make/defs.bsp：Vxworks系统运行的标准变量定义；
·$(TGT_DIR)/h/make/make.$(CPU)$(TOOL)：提供了特别的目标机结构和一套编译工具，如make. ARM7TDMI_Tgnu；
·$(TGT_DIR)/h/make/defs.$(WIND_HOST_TYPE)：提供了与主机系统有关的定义；
·rules.bsp：在创建目标文件时所需要的规则；
·rules. $(WIND_HOST_TYPE)：指出创建目标文件时所需的从属文件表；
·如果没有用all目录下的文件而是拷贝到bspname下修改并使用，需要定义与这些文件有关的宏，如
BOOTINIT=bootInit.c
这样在创建镜像时就不会用all目录下的文件而使用bspname目录下的相应文件了；
·在Makefile文件里凡是16进制数前面都无需加“0x”；
bspname.h
根据具体目标板设置串行接口、时钟以及I/O设备等。在该文件中必须包含以下内容：
·中断向量/级别
·I/O设备地址
·设备寄存器位的含义
·系统和附加时钟参数（最大和最小速率）
config.h
根据目标板的具体情况配置宏定义，注意ROM_TEXT_ADRS、ROM_SIZE、RAM_LOW_ADRS、RAM_HIGH_ADRS要与Makefile文件里定义的一致，LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS和LOCAL_MEM_SIZE要正确。
romInit.s
这是系统上电后运行的第一个程序，根据具体目标板对寄存器和CPU进行设置；以CPU为ARM7TDMI为例，romInit.s 需要进行的工作有：
·保存启动方式：对于冷启动，如果CPU配置的是HIGH VECTORS，就设置入口地址为0xFFFF0000，否则设置入口地址为0x00000000；
·屏蔽中断：通过设置cpsr的I_BIT和F_BIT都为1来实现，还要设置中断寄存器为关模式，同时设定运行模式为SVC32模式；
·初始化堆栈指针pc和sp：堆栈指针sp指向STACK_ADRS，这个宏的定义为当镜像为驻留ROM时，该宏值为_sdata，当镜像为非驻留ROM时该宏值为_romInit，这两个地址经过地址映射后都指向被拷贝镜像在RAM的目标地址；
·初始化cache，屏蔽cache；
·根据具体目标板的需要初始化其他寄存器；
·指针跳转到romStart()函数并执行；
bootConfig.c
一般不需要用户修改，也可以根据具体情况做适当修改；
sysALib.s
与romInit.s文件实现的功能相似，但如果在romInit.s文件里对DRAM和内存控制器进行了初始化在这里不再进行这项工作；
创建VxWorks镜像
根据具体需要在命令行环境下利用Makefile创建各种镜像，也可以在Tornado的集成环境下Build菜单中选择Build Boot ROM来创建各种类型的Boot ROM；
除此以外，如果系统硬件包括串口，还要根据具体情况修改sysSerial.c文件；如果包含网络部分要修改configNet.h；如果包含NVRAM要修改bootnv.h文件。总之，BSP的开发要根据具体目标板的硬件进行。

结语
我们已经利用基于VxWorks的BSP开发包成功的进行了线缆调制解调器的底层软件开发。在开发过程中深感BSP在整个系统软件中的重要性——没有正确的BSP软件，整个系统的启动和运行也不会正确。另外需要强调的是：BSP的概念只是针对嵌入式操作系统而言的，而像DOS、WINDOWS、UNIX等BIOS操作系统是无BSP可言的。对同一目标板而言，不同操作系统的BSP在本质上是一样的，但是不同的操作系统将提供不同的支持库，另外在BSP结构上也可能会有所不同，在做BSP移植的时候应该注意。■

参考文献
1. Tornado BSP Developer誷 Kit for VxWorks User誷 Guide，Tornado 2.0，Edition 1，1999
2. Tornado BSP Developer誷 Kit for VxWorks User誷 Guide，Tornado 1.0.1，Edition 1，1997
3. VxWorks Programmer誷 Guides，Edition 1，1999