基于S3C44BOX的VxWorks BSP设计

摘要  S3C44BOX固定的中断管理模式与VxWorks的异常处理机制存在着冲突。本文分析VxWorks的异常处理机制后，提出一种解决方案，实现VxWorks在S3C44BOX上的BSP定制。该方案保留VxWorks原有的中断处理机制，从而保证VxWorks移植后的稳定性和可靠性。
关键词  VxWorks S3C44BoX  BSP  中断处理机制

引 言
    VxWorks是现在所有独立于处理器的实时系统中最具特色的操作系统之一。它支持的CPU包括：PowerPC、x86、MIPS、ARM等，其微内核Wind具有任务问切换时间短、中断延迟小、网络流量大等特点，是一个具有较高性能的标准嵌入式实时操作系统。此外，VxWorks操作系统还具有较好的可裁减性和易于移植等特点。

    S3C44BOX是韩国Samsung公司出品的一款ARM(Advanced RISC Machines)微控制器，CPU核心为ARM7TDMI。S3C44BOX具有非常丰富的外围资源，集成LCD控制器、12C总线控制器、I2S总线控制器、2个串口控制器、2个通用DMA(Direct Memory Access)控制器、8个10位ADC(Analog to Digital Converter)通道、71个通用I／O引脚等，大大减少了系统成本，是各种学习板和开发板的首选ARM芯片。

1 BSP概念
    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，它的主要功能为屏蔽硬件，提供操作系统的驱动及硬件的驱动，具体功能包括：
    ◆目标机硬件初始化，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。

2 VxWorks启动流程
    VxWorks的启动涉及到两个映像文件：Bootrom映像和VxWorks映像，其中每一类又可以再细分为压缩、非压缩、驻留ROM和非驻留ROM类型的映像。不同的映像对应的启动流程也有所不同，但它们的基本流程是相同的，如表1所列。

    VxWorks映像的启动过程跟Bootrom差不多，重复了某些工作，这是因为VxWorks并不假设VxWorks映像是由Bootrom下载启动的，它有自己的初始化流程。VxWorks启动后，RAM空间的分配情况如图1所示。

3 Vxworks中断管理分析
    VxWoIks中与中断管理密切相关的是两个向量表。异常向量表和中断向量表。

    异常向量表保存着各个异常处理入口地址。通常情况下，它位于LocAL_MEM_LOCAL_ADRS上，也就是SDRAM的起始地址上。异常向量放置在RAM，可以减少异常处理的延迟时间(RAM的读取要比ROM快)，还有其他好处，如动态和灵活等。异常向量表的所有异常向量分配如表2所列。

    异常向量表的初始化通过excVecSet()和exc、VecInjt()两个函数完成，excVecSet()设定异常向量表的基地址，然后由excVeCInit()完成向量表的构造工作。当发生异常时，CPU跳转到异常的相应向量地址执行。这里中断也被看作是一种异常，中断经异常向量表才能跳转到中断向量表。

    中断向量表是存放各个中断服务程序入口地址的地方。中断向量表的位置并不是固定的，它是由VxWorks动态分配的，大小与中断源个数有关。中断经异常向量表到达中断向量表后，再根据中断源经中断向量表跳转才能进入中断服务程序。中断向量表的内容是在挂接中断服务程序的时候填充的，这个过程通过调用intConnect()完成。中断发生之后的流程如图2所示。

3.1 S3C4480x的地址空间分配

    S3C44BOX的地址空间分为8个区，分别由8个片选信号控制。地址空间分配如表3所列。

    S3C44BOX上电之后，由0地址取指令开始执行，因此必须接一片Flash在nGCSO上，接一片SDRAM在nGCS6上作为系统内存，这样Flash对应的基地址就是O了。系统上电之后，从Flash中取指令开始执行。S3C44BOX不能进行内存地址重定位操作，也就是每个片选的地址范围是定死的，不能由程序员指定。ARM的异常向量表是放在O地址的，因此必须在Flash中硬编码一个异常向量表，中断经异常向量表后跳转到放在RAM中的中断向量表中。

3.2 S3C4480X与VxWorks的冲突及解决方案
    S3C44BOX的固定地址空间管理方法在VxWorks里会遇到问题。VxWoiks默认ARM的．RAM是从0地址开始的，并把异常向量表放在RAM的起始0地址上，而S3C44BOX的RAM基地址为0x0c000000，0地址上是ROM。VxWorks的RAM基地址是可以在BSP中设定的，即可以通过宏定义LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS来设定。但是，这时VxWorks仍会把异常向量表放在0地址上，因为对于ARM体系来说，设定异常向量表基地址的excVecSet()函数是空函数，无法设定异常向量表的位置。这就产生了冲突，解决这个冲突是实现VxWorks在S3C44BOX上移植的关键。从根本上说，这是由于S3C44BOX不具有地址重定位功能造成的。

    硬编码将异常函数人口地址填写在启动Flash开始处，中断经异常向量表后跳转到放在RAM中的中断向量表中。μClinux的这种中断管理方式对冲突的解决工作有启示作用。

    基本思想是在Flash存储器的起始地址硬编码异常入口，在RAM的起始地址仿VxWorks建立异常向量表。中断发生时，经Flash存储器人口，跳转到自定义函数，再跳转到RAM中异常人口，最后进人VxWorks提供的异常处理函数intEnt()。中断处理流程如图3所示。新异常向量表和原VxWorks设计完全一样。

4 VxWorks在S3C4480X上BSP的定制
4.1选择BSP模板
    主要根据开发板CPU确定BSP模板，要考虑字节序(1ittle_endian)和ARM核心版本(ARM7)。wrSbcArm7针对三星KS32C50100(S3C4510B)开发板而设计，它的ARM核心也是ARM7TDMI，因此选择wrSbcArm7作为S3C44BOX BSP模板。

    在“target\config\”下，建立自己的BSP目录，将原all目录文件复制到allS3C44BOX。将原wrSbcArm7目录下的文件复制到bspS3C44BOX。同时为了精简，去掉一些不用的文件，包括flashMem．c、sngks32cEnd．c等。

4.2中断处理的实现
    romlnit．s文件是系统上电后执行的第一个程序，它由ARM汇编写成，并放在Flash的起始空间上。基于上面的中断处理讨论，应在这里建一个异常向量表。代码如下：

 

Code
    ／*在Flash存储器的开始处添加硬件中断入口*／
    rotnTn；t．
    B cold ／*上电复位后执行的第1条指令，也可看作是复位向量*／
    B Undef
    B Swi
    B Pabort
    B Dabort
    B ．
    B Irq
    B ．
    ／*Irq函数定义，其他Undef、Swi等几个函数也做类似定义*／
    Irq：
    SUB sp，sp，#4
    STMFD sp!，{r1)
    LDR rl·veelrq ／*装载中断向量到寄存器R1*／
    STR rl，[sp，#4]
    ／*把寄存器R1的内容压入堆栈*／
    LDMFD sp!，{rl，pc)
    ／*从堆栈弹出寄存器R1和PC(即跳转到中断服务程序)*／
    ／*Irq指向RAM中的位置*／
    vecIrq：
    ．10ng VEC_BASE_ADRS+0x18
    #define VEC_BASE_ADRS 0x0C000000
    ／*RAM的起始地址*／

    接着就需要在RAM中建立自己的异常向量表。在excVecInit()后面加入建立自己的异常向量表函数，其代码如下：
    ／* 在真正RAM空间建立异常向量表，和VxWorks建立的向量表相同，只是位置不同 */

Code
    extern void excEnterUndef(void)；
    ／*ARM体系的VxWorks异常人口函数*／
    extern void excEnterSwi(void)；
    extern void excEnterPrefetchAbort(void)；
    extern void excEnterDataAbort(void)：
    extern void intEnt(void)；
    typedef struet {
    UINT32 vector；
    VOIDFUNCPTR func；
    }exc_tbl_t；
    #define SYS_EXC_NUM 5
    LOCAL exc_tbLt_sysExcTbl[SYS_EXC_NUM]={
    ／*定义异常向量表*／
    {VEC_BASE_ADRS+0x04，excEnterUndef)，
    {VEC_BASE_ADRS+Ox08， exeEnterSwi)，
    {VEC_BASE_ADRS+0xoc， excEnterPrefetchAbort)，
    {VEC_BASE_ADRS+OxlO， excEnterDataAbort)，
    {VEC_BASE_ADRS+0x18， intEnt}
    }；
    ／*初始化RAM中的异常向量表*／
    void sysExcTblSet(void){
    inti;
    for(i=0；i<SYS_EXC_NUM；++1){
    ／*安装向量表*／
    ／*使用原始机器码0xe59ffof4．等同于“ldr pc．pc+0xfc”*／
    *(uINT32*)(sysExcTbl[i]．vector)=(UINT32)
    0xe59ffof4；
    *(UINT32*)(sysExcTbl[i]．vector+Oxfe)=(UINT32)(sysExcTbl[i]．func)；
    }
    }

    通过上述程序，就把异常向量和VxWorks的对应处理函数关联起来了。

4.3时钟及驱动
    系统时钟是操作系统运行的基础，VxWorks需要一个10～100 Hz时钟滴答，默认采用60Hz。时钟中断挂接的中断处理函数为sysClkInt()，它调用VxWorks实际处理时钟中断的函数usrClock()。跟时钟相关的还有连接、使能和禁止函数，它们都与定时器有关，请参考S3C44BOX的使用手册。

    串口驱动的实现在sngks32cSio．c中，需要根据寄存器定义变化作相应修改。
主要涉及到初始化函数、接收函数、发送函数和启动发送函数。

    笔者采用网卡芯片兼容NE2000，有现成的ne2000End驱动可以使用。

    到这里，最基本的S3C44BOX的BSP已经定制完成，可实现串口通信和网络下载。

结语
    本文给出一种解决S3CA480X与VxWorks中断处理机制冲突的方案，该方案对于向其他一些不具有地址重映射功能的低端处理器上移植VxWorks有一定的参考价值。VxWorks的源代码不公开，风河公司提供的资料也不会涉及代码的实现，因此要了解实现细节只能通过反汇编跟踪，这对VxWorks的移植工作造成了一定的困难