VXWORKS——启动过程

VXWORKS是一种灵活的、可裁剪的嵌入式实时操作系统，用户可以根据需要创建自己的VXWORKS映像，由它来引导目标系统，而后下载并运行应用程序。

根据应用场合不同，vxworks映像可以分成三类：可加载的映像、基于ROM的映像和驻留ROM映像。

1.1可加载的映像

运行与RAM，不包含搬移程序，需要借助一些外部程序如BOOTROM才能加载到RAM的低端RAM_LOW_ADRS地址处。这是缺省的开发映像。

目标板上电后，由烧结在BOOT中的起始引导程序Bootstrap将BOOT中的ROM引导程序拷贝到RAM的高端地址RAM_HIGH_ADRS处，并跳转至该地址执行ROM引导程序，配置好所选的加载方式（缺省为网络方式），将指定的主机目录下的可加载的vxworks映像下载到目标板的RAM地址RAM_LOW_ADRS处，并跳转到此处执行。

优点：生成的vxworks映像可以存放在开发主机PC机上，不用烧到BOOT中，节省了BOOT容量，也便于随时修改不同的映像，适用于调试的初期阶段。不足之处是需要在主机上维护一个正确的映像，对于调试硬件无关的上层应用程序不是很方便。

1.2基于ROM的映像

运行于RAM中，但起初存放于ROM中的映像，即该映像需要和搬移程序一起固化在BOOT中。目标板上电后，首先运行BOOT中的引导搬移程序，将整个映像拷贝到RAM地址RAM_LOW_ARDS处，并跳转到此处执行。（bootstrap将boot程序搬移到RAM的高地址，再搬移映像到RAM的低地址并运行）

该映像根据是否被压缩又可分为：

基于ROM的未压缩的vxworks映像，可以直接从ROM拷贝到RAM中；

基于ROM的压缩的映像，主要是为了节约BOOT空间，在从ROOT拷贝到RAM的过程中需要解压缩，因此与上述未压缩的映像相比，它的引导过程相对较慢，但两者在RAM中的运行速度是一样的。

1.3驻留ROM的映像

起初也和搬移程序一起固化在BOOT中，目标板上电后，首先运行BOOT中的引导搬移程序，但仅将映像的数据段和BSS段拷贝到RAM地址RAM_LOW_ADRS处，映像的代码段仍旧留在ROM中（与1.2的区别），从ROM中开始执行。

优点是具有最快的引导速度，占用最少的RAM空间，适用于RAM空间有限的目标板。但由于该映像在ROM中运行，运行速度在三种映像中是最慢的。

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起始引导程序驻留在ROM中（1.3），主要包含：

汇编级的硬件初始化程序romInit.s，用于系统的基本初始化，设置一些重要寄存器的初始值，进行存储器映射

搬移程序bootInit.c，将ROM引导程序拷贝至RAM的高端地址RAM_HIGH_ADRS，然后跳转到此处执行ROM引导程序。

ROM引导程序起初存放在ROM中，初始化时被拷贝到RAM中，主要用于系统的进一步初始化，并配置加载方式，将映像加载至RAM。

引导过程成功以后，RAM中ROM引导程序占用的空间（从RAM_HIGH_ADRS开始)可以重新被系统利用。

RAM_HIGH_ADRS是ROM引导程序的加载点，RAM_LOW_ADRS是vxworks的加载点。

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vxworks启动过程

bootstrap在ROM中执行

romInit.s：romInit

设置机器状态字及其他硬件相关寄存器，关闭中断，禁止程序和数据cache，初始化内存，并设置堆栈指针。

bootInit.c：romStart()

将ROM中的程序搬移至RAM中。

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ROM Boot程序被搬移到RAM中执行：引导程序

bootConfig.c:usrInit()

RAM入口地址

设置cache工作模式，板级硬件初始化，调用sysHwInit(),usrKernelInit(),KernekInit()，初始化Win内核，产生根任务usrRoot()。

bootConfig.c:usrRoot()

初始化内存，系统时钟，I/O系统，标准输入输出，异常处理，外围设备初始化，产生任务bootCmdLoop.

bootConfig.c:bootCmdLoop()

调用自动引导程序autoboot()，此函数若成功则不返回。

bootConfig.c:autoboot()

延迟7S，以默认参数启动，若等待超时，执行bootLoad()，加载vxworks映像，并转向它进行重启；

若用户按键中断，执行bootCmdLoop(),启动命令用于配置vxworks启动参数，用户输入@，则进入bootLoad()。

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开始在RAM中执行：映像

sysALib.s:sysInit()

锁住中断，关闭cache（如果使用了话），初始化处理器的寄存器（包括C堆栈指针）至缺省值。

prjConfig.c:usrInit()

设置cache工作模式，板级硬件初始化，初始化win内核，启动usrRoot()

prjConfig.c:usrRoot()

初始化内存，系统时钟，I/O系统，标准输入输出，异常处理，添加用户应用程序。

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可加载vxworks映像的BOOT过程

BOOT中几个关键宏定义：

#define LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS

#define ROM_TEXT_ADRS  :ROM boot程序执行起始地址（romStart()）

#define ROM_OFFSET(adr)

#define BOOT_LINE_OFFSET

#define BOOT_LINE_ADRS :ldFileFromMch时，从该起始地址读取加载要用到的tBootParams

#define RM_LOW_ADRS：boot Rom将控制权交给vxworks的起始进入点（usrInit().boot启动之后，将系统映像从FLASH上copy或解压到RAM_LOW_ADRS地址处，并跳转到该地址执行

#define VERSION_START_ADRS :版本加载完后的执行入口地址

#define FREE_RAM_ADRS ：start right after bss of vxworks

#define  FREE_MEM_START_ADRS：bootRom 中的pMemPoolStart

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BOOTROM启动过程

1、romInit.s

目标板加电后，程序指针指向RESET中断程序入口处，开始执行初始化程序romInit.s，设置机器状态字及其他硬件相关寄存器，关闭中断，禁止程序和数据CACAHE，初始化内存，并设置堆栈指针，保存启动类型，调用romStart.c中的romStart()。

在romInit中首先会将这个默认值改为自定义的一个内存映像基地址。原是0xFF400000

2、romStart()

sync程序跳到第一个C程序romStart.c函数的romStart()入口地址，根据堆栈中的参数决定是否清零内存RAM（如果是冷启动cold start，则清零），根据不同的bootRom文件，把ROM中数据段和文本段拷贝到RAM，（如果ROM代码是压缩的，还要解压）。

3、usrInit()

程序跳到RAM入口地址（usrConfig.c中函数usrInit()),usrInit()中清零bss段（这也是未赋初始值得全局变量在编译后初始值为0的原因），调用execVecInit()安装异常向量，初始化异常处理程序，调用cacheLibInit(),设置cache的指令与数据工作模式，调用sysHwInit()对板级硬件初始化，调用usrKernelInit()配置wind Kernel，调用KernelInit()进行内核初始化。

4、KernelInit()

初始化内核及内存池，主要是中断堆栈及根任务堆栈初始化，初始化任务Tcb并生成根任务usrRoot().

kernelInit()调用intLockLevelSet()，关闭循环模式，创建一个中断堆栈（如果结构支持的话）。然后从内存池的顶部创建一个根堆栈和TCB，创建一个根任务usrRoot，并终止usrInit()线程的执行。此时使能中断，所有的中断源已被关闭，未决中断已被清除。

PowerPC体系结构的内存结构分为5大部分，分别为：系统映像之前的系统启动相关的低端内存，系统映像，Host Memory Pool，中断堆栈以及系统内存池。

1）、系统映像之前的低端内存

包括中断向量表、共享内存标志、自启动参数、异常信息和初始化堆栈。

中断向量表（异常向量表）：0x0-0x3000的12K空间，保存有重要的中断向量信息。

共享内存标志：0x4100-0x4200地址，作用是标志是否有网络共享内存和VxMP共享内存对象。

启动参数是保留vxworks启动时所用的参数。

异常信息，起始地址是0x4300.用 d 0x4300查看其中记录的内容。

初始化堆栈：是给useInit()使用的初始化堆栈，直到usrRoot()分配堆栈，起始地址是0x4c00

2）、系统映像

是ELF格式的文件，boot启动之后，将系统映像从flash上拷贝或者解压到RAM_LOW_ADRS地址处，并跳转到该地址执行，

系统映像包括三部分：TEXT段、DATA段、BSS段。其中TEXT段是代码段，使用的内存基本是必须的；DATA段是数据段，包括已经初始化的全局变量和数组；而BSS段是未初始化的数据段，包括未初始化的全局变量和数组，实际上基本不占用flash存储空间，在vxworks系统启动的时候在内存将其进行扩展为全零。

代码段的起始地址：RAM_LOW_ADRS，终止地址：vxworks定义的 char etext[];

数据段的起始地址：vxworks定义的char etext[]，终止地址vxworks定义的char edata[];

BSS段的起始地址：vxworks定义的char edata[]，终止地址：vxworks定义的char end[]。

FREE_RAM_ADRS指向vxworks定义的char end[]，即BSS段的最后，也是映像的最后。

end是由loader在动态加载时确定的，从源码里找不到，首先取得end变量地址，再减去RAM_LOW_ADRS的空间，即得到系统映像的大小：dwImageSize=(WORD32)end-RAM_LOW_ADRS。

3）、HOST Memory Pool

是在vxworks上驻留的调试工具使用的内存空间，可以根据WDB_POOL_SIZE宏得到，一般有十几M左右。

起始地址是char end[]，终止地址是end+WDB_POOL_SIZE.

4）、中断堆栈：中断堆栈的大小可以由宏ISR_STACK_SIZE定义得到。

5）、系统内存池

是给vxworks用户程序使用的存储空间，用户通过malloc动态申请获得，可以说是最大的内存空间，当物理内存不够需要优化时，要重点考虑。

5、usRoot()

本系统的根任务函数usrRoot()是在prjConfig.h中。在该任务中初始化内存，系统时钟时，I/O系统，标准输入输出，异常处理，外围设备等。

最后会调用usrAppInit.c中的usrAppInit()进行用户级应用模块的初始化。

6、usrAppInit()

调用BspFlashInit()以及usrMiiWrite()对flash以及PHY进行初始化；调用MacIpReset()获取在flash中设置的本板IP地址值，并把本板IP地址设置为该值；调用extUartPPPInit()初始化tty设备；调用BootBoardInit()(对主控板初始化文件系统、受控板初始化flash、通讯串口、获取槽位号、IP地址信息等）；最后会调用BootApp.c中的BootAppStart()进入autoboot，根据单板设计方式选择不同方式加载vxworks映像文件，如通过串口、网口、硬盘等方式加载。

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vxworks映像启动过程

1、vxworks进入点sysInit()

第一步将系统映像加载到主存。vxworks映像被加载到ram后，Bootram会复位并将控制权交给vxworks起始进入点sysInit()，在makefile和config.h文件中，已将这个进入点设置成位于地址RAM_LOW_ADRS.

sysInit()位于sysALib.s中，可以锁住中断，关闭cache(如果使用了的话），初始化处理器的寄存器（包括C堆栈指针）至缺省值。

调用usrConfig.c中usrInit()。

2、初始化代码usrInit()

储存有关引导类型信息，处理在内核启动之前必须执行的初始化，而后启动内核执行，是运行在vxworks内的第一个c函数，此时所有的中断都已被锁住。

仅做一些创建初始化任务usrRoot()所必须的工作，然后由usrRoot()完成启动过程。

usrInit()中初始化过程是：

cache初始化，在函数结束时，缺省情况下，指令cache和数据cache被使能。

对系统的BSS段清零

。。。。

3、初始任务usrRoot()

当多任务内核启动后，所有的VXWORKS多任务工具就可以用了。控制权被传送到usrRoot()任务，并完成初始化系统。

a)初始化系统时钟：

sysClkInit ()

sysClkRateSet()：将系统时钟频率设置为60HZ

b)初始化I/O系统和驱动

c)创建控制台设备：

ttyDrv()(prjParams.h)

CONSOLE_TTY指定哪个口作为控制台口（缺省是0）

#define CONSOLE_BAUD_RATE 115200

NUM_TTY定义了tty口数量（缺省是2）

d)设置标准输入和标准输出

e)安装异常处理和登录

。。。

f)创建文件系统设备并初始化设备驱动

许多vxworks配置至少包含一个磁盘驱动器，或带有dosFs/rt11Fs/rawFs文件系统的RAM磁盘。首先，通过调用驱动器的初始化代码安装一个磁盘驱动器。驱动器的设备创建代码会定义一个设备。这个调用会返回一个指向描述设备的BLK_DEV结构指针。

然后就可以调用文件系统的设备初始化代码--dosFsDevInit(),rt11FsDevInit(),or rawFsDevInit()初始化和命名设备。在初始化一个设备之前，必须用dosFsInit()，rt11FsInit()或rawFsInit()初始化文件系统模块。

g)初始化网络

如果配置头文件中定义了INCLUDE_NET_INIT，usrRoot()就会调用usrNetInit()函数初始化网络。

。。。

h）执行一个启动脚本

如果vxworks配置了目标驻留的shell，定义了INCLUDE_STARTUP_SCRIPT，并且在boot引导过程中，在启动脚本参数中输入了脚本文件的名称，usrRoot()函数就可以执行一个用户提供的启动脚本。如果在引导过程中忽略了启动脚本参数，就不会执行启动脚本。

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使用基于ROM的VXWORKS映像启动过程

此时BOOTROM中包含了引导程序和vxworks映像。vxworks的入口点由两个函数romInit()和romStart（）(需要搬移）来完成.(sysInit()是可加载映像的初始化入口）。