Samsung S3C2440平台上的Vxworks BSP移植

引 言

美国WindRiver公司于1983年设计开发的VxWorks操作系统是一种嵌入式实时操作系统（RTOS），是嵌入式操作系统的典型代表，它的高可靠性、可剪裁性、强实时性被广泛的应用在军事、通信、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通讯、军事演习、导弹制导、飞机导航等。BSP(Board Support Package)在VxWorks操作系统中起到了部分接口的驱动和硬件初始化的作用，它是生成bootrom和VxWorks映像文件的前提，而S3C2440是Samsung公司设计的ARM920T系列的核心处理器，是嵌入式领域比较常用的ARM处理器。因此，研究基于S3C2440平台上的Vxworks BSP移植具有重要的意义。本文就BSP的概念、BSP移植过程中重点修改的几个文件、串口和网口驱动以及BSP的调试和仿真做详细的介绍。

BSP概述

VxWorks操作系统将所有硬件的功能函数分别放到一系列库中，这些库就被称为板级支持包BSP。BSP是连接VxWorks操作系统与硬件平台的一个接口软件包，在引导系统、支持系统运行过程中扮演着重要的角色，首先，通过BSP可以生成引导操作系统的bootrom；其次，引导行工程的建立基础就是BSP；最后，BSP具有与用户交互的作用，可以提供一个基础的硬件调试环境。BSP还可以使VxWorks运行于特定的硬件平台，如ARM、PPC、X86等，它包含了一系列与硬件相关的函数，完成针对硬件的基本输入与输出操作，可以使上层程序员在不用熟悉硬件的情况下进行编程。例如，一般它完成以下操作：目标板硬件初始化、内存控制器初始化、堆栈初始化、外围设备初始化（I/O、Interrupt……）、异常向量处理、CACHE操作、硬件设备的底层驱动、定时器驱动、串口驱动、END网络驱动、FLASH驱动、LCD驱动等。

BSP在嵌入式系统中扮演的角色，很类似于在PC系统中的BIOS和驱动程序的地位。图1中包括了VxWorks操作系统的各种组件，指明了BSP在整个系统中所处的地位和作用。

VxWorks在S3C2440上的BSP设计

S3C2440简介

移植目标机的硬件配置具体如下：处理器S3C2440，采用ARM920T内核，内存大小64M；NAND Flash大小为128M；

NOR Flash大小为2M；3路URAT；2路SPI；IIC总线接口；网卡：DM9000，10/100M的自适应。



图1 BSP在嵌入式系统中的位置框图

BSP的移植过程

要进行BSP的开发和设计，最好有一个可参考的模板，由于Samsung S3C2440A的内核是ARM920T，所以参考的模板选择Tornado for arm 的integrator920t。BSP文件主要在VxWorks编译环境Tornado的目录target/config/all和target/config/integrator920t文件夹中。其中，all文件夹里的文件对于绝大多数BSP都是共用的，一般来说不用怎么修改，重点是修改integrator920文件夹下的几个文件，这主要是指makefile、config.h、rominit.s和sysLib.c中相关部分的修改，另外添加了串口驱动和DM9000的网卡驱动。

修改Makefile文件

Makefile的两个主要功能就是提供文件之间的依赖关系和目标文件生成方法，定义编译和链接整个BSP的规则，在makefile文件中有一些参数已经在config.h文件中定义过了，但是必须保证两处的定义一致，否则会出现编译错误。下面介绍一些需要修改的参数：

CPU：描述目标板的处理器类型，设计中为ARMARCH4；

TOOL：该参数用来选择编译工具，VxWorks中可使用GNU和DIAB两种，设计中用GNU编译器来编译目标代码；

TGT_DIR：默认设置为$(WIND_BASE)/target；

TARGET_DIR：默认为BSP所在的目录，设计中为mini2440；

VENDOR：板卡生产商的名称，设计中为HITSAT；

BOARD：板卡的名称，设计中为OMU；

ROM_SIZE：ROM或Flash的大小（十六进制）；

RAM_LOW_ADRS：VxWorks在RAM中的起始地址，即入口地址；

RAM_HIGH_ADRS：非驻留ROM内核的启动程序加载地址。关于入口地址和高位地址的指定需参考硬件的RAM组织。

该文件下其余的设置和定义都与模板中的一致。

修改config.h

config.h文件是BSP软件中比较重要的一个文件，VxWorks内核组件的配置可以通过config.h文件来定义。config.h文件包含了所有头文件和CPU相关的特殊定义，config.h文件中的配置参数是在configAll.h文件内容的基础上根据开发板的硬件资源设置的，其中包括定义引导行、修改存储空间的地址等。下面详细介绍config.h文件中修改的部分配置参数：

（1）定义引导行

#define DEFAULT_BOOT_LINE "dm(0,0) zwj-PC:d:\VxWorks h=192.168.0.1 e=192.168.0.2 u=zwjhjj pw=zwjfile tn=mini2440"

其中：dm(0,0)为boot device，即启动设备映像；

zwj-PC为host name，即主机名；

d:\VxWorks为file name，即要下载的VxWorks镜像文件路径；

h=192.168.0.1为主机IP地址；

e=192.168.0.2为目标板IP地址；

u=zwjhjj为FTP登陆时的用户名；

pw=zwjfile为FTP登陆时的密码；

tn=mini2440为目标板名称。

（2）修改地址

对目标板存储区配置参数的修改时一定要注意：该文件中地址定义，如ROM-TEXT-ADRS、ROM-SIZE、RAM-LOW-ADR、SRAM-HIGH-SIZE等要与Makefile文件中的相关定义一致。根据实际CPU以及外扩存储器的大小来确定目标板内存。

#define LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS 0x30000000 / *RAM的起始地址*/

#define LOCAL_MEM_SIZE 0x04000000 /*RAM的大小为64M*/ 

#define ROM_BASE_ADRS 0x00000000 /*Flash的基地址*/

#define ROM_SIZE0x00100000 /*存VxWorks的Flash大小*/

#define ROM_COPY_SIZE ROM_SIZE

#define ROM_SIZE_TOTAL 0x00200000 /*Flash总大小*/

#define RAM_LOW_ADRS 0x30001000 /*VxWorks 映像的入口地址*/

#define RAM_HIGH_ADRS 0x32e00000 /*Bootrom在RAM中的起始地址*/

修改S3C2440x.h

该文件是自己添加的一个文件，其中包括处理器相关的外设寄存器结构、地址、外设中断号分配、串口等的设置。下面主要介绍一下该文件中对串口的定义：

/* s3c2440串口的定义*/ 

#define UART_XTAL_FREQ s3c2440x_PCLK

/*串口时钟频率*/

#define N_s3c2440x_UART_CHANNELS 3 /*串口通道数 */

#define N_SIO_CHANNELS N_s3c2440x_UART_CHANNELS

#define N_UART_CHANNELS N_s3c2440x_UART_CHANNELS

#define UART_0_BASE_ADR 0x50000000 /*串口0的基地址*/ 

#define UART_1_BASE_ADR 0x50004000/*串口1的基地址*/

#define UART_2_BASE_ADR 0x50008000/*串口2的基地址*/

另外又添加了一个s3c2440xSio.h文件，在该文件中定义了串口数据结构：

typedef struct s3c2440x_CHAN

{ SIO_CHAN sio; /* 标准SIO_CHAN结构 */

STATUS (*getTxChar) (); /*安装发送回调函数 */

STATUS (*putRcvChar) (); /*安装接收回调函数 */

void * getTxArg; 

void * putRcvArg; 

…….

UINT32 channelMode; /*当前模式（中断或轮询）*/

int baudRate; /*当前波特率*/

}

数据结构初始化之后，还有几个重要的函数需要注意：sysHwInit()：处理器I/O端口的初始化；sysSerialHwInit()：初始化设备描述符；sysSerialHwInit2()：通过intConnect()把串口的中断处理程序s3c2440xIntTx、s3c2440xIntRcv连接接到相应的中断向量上，并由int Enable()开启两个中断，调用s3c2440xDevInit2()对_UCON寄存器赋值完成对串口的最终配置由轮询模式转换为中断模式，并在中断服务程序中实现串口数据的接收和发送。通过对这些功能函数的添加完成串口驱动的设计。

修改romInit.s

部分代码修改如下：

/*添加了对串行口UART的初始化，配置了UART的一些控制寄存器，并设置了波特率，部分代码如下*/

InitUART：

#define UART_BRD (( 50750000 / (115200 * 16)) - 1)

mov r2，#UART_BRD /*设置串口的波特率 */ 

/*初始化堆栈指针*/

ldr sp, L$_STACK_ADDR

mov fp, #0 

在建立堆栈之后，系统就具备了高级语言的执行条件，后续的代码就可以用C语言来实现了。 

/*使程序跳转至C语言程序段代码如下*/

#if (ARM_THUMB)

ldr r12，L$_rStrtInRom

orr r12，r12， #1 

bx r12

#else

ldr pc，L$_rStrtInRom /*跳转到romStart()中执行*/ #endif 

CPU将执行权转移给romStart()之后。该函数就使内存清空，然后把整个引导映像复制到内存中，最后将CPU的控制权交给usrInit()。

修改sysLib.c

文件sysLib.c提供VxWorks和应用程序间的板级联系，这里重点介绍一下内存映射函数。

目标系统开启了MMU模块，BSP在sysLib.c文件里面就定义了一个sysPhysMemDesc[ ]表。部分代码如下所示：

PHYS_MEM_DESC sysPhysMemDesc [] =

{ (void*) (ROM_BASE_ADRS+0xf0000000)， (void *) (ROM_BASE_ADRS)， 

ROUND_UP(ROM_SIZE_TOTAL*2，PAGE_SIZE)，

VM_STATE_MASK_VALID|VM_STATE_MASK_WRITABLE|VM_STATE_MASK_CACHEABLE，

VM_STATE_VALID|VM_STATE_WRITABLE_NOT|VM_STATE_CACHEABLE_NOT 

} 

上面一小段代码是对ROM_BASE_ADRS 的内存映射，ROM_BASE_ADRS+0xf0000000是要映射的虚拟地址，ROM_BASE_ADRS是硬件设计时定义的实际物理地址，ROUND_UP(ROM_SIZE_TOTAL*2,PAGE_SIZE)是映射长度，VM_STATE_MASK_VALID|VM_STATE_MASK_WRITABLE|VM_STATE_MASK_CACHEABLE是可初始化的地址状态，VM_STATE_VALID|VM_STATE_WRITABLE_NOT|VM_STATE_CACHEABLE_NOT是实际初始化的地址状态。

若添加新的外设，该外设对应的内存空间必须在sysPhysMemDesc[]中配置。通过这样的配置就完成了内存映射和MMU的开启。

修改dm9kEnd.c

由于S3C2440使用的是DM9000网卡。要做好DM9000网卡的END驱动首先要初始化网卡的数据结构dm9kDevice，这个数据结构如下：

typedef struct dm9kDevice

{

END_OBJ endObj; /*继承类 */

int unit; /*设备单元号 */

UINT32 flags; /* 本地标志信号*/

int ivec; /* 中断向量 */

int ilevel; *中断级 */

……

} DM9K_DRV_CTRL

数据结构中的END_OBJ类型成员、网卡单元号、中断号和中断向量是网卡驱动中必须包含的成员元素。

驱动的部分接口函数，主要包括网卡加载函数dm9kEndLoad、网卡启动函数dm9kStart、停止网卡函数dm9kStop、网卡控制函数dm9kIoctl、网卡卸载函数dm9kUnload、网卡发送函数dm9kSend、获取组播地址函数dm9kMCastGet、启动轮询模式函数dm9kPollStart、关闭轮询模式函数dm9kPollStop、轮询模式发送函数dm9kPollSend、轮询模式接收函数dm9kPollRcv等，通过对这些接口函数编写功能，实现网卡驱动。

在编写驱动的过程中，还必须注意：由于目标板用一种100pin的DM9000芯片，这种芯片除了有CMD信号之外，还有6根地址片选信号SA4~SA9，根据SA4~SA9对应的CPU地址线和数据手册上引脚定义，可以计算出网卡的端口地址，如果SA4~SA9对应CPU地址的addr4~addr9，那么网卡端口基址就是0x18000300，这样可以计算出网卡的基地址。


图2 VxWorks COM1口的打印信息

BSP的调试与仿真

BSP修改完成以后，就要进行调试了，这里采用点亮LED灯的调试方法，写一段点灯程序，用BSP生成bootrom和VxWorks映像，使用H-JTAG软件将bootrom烧写进目标板的norflash中，通过在不同位置反复的调用点灯程序和烧写bootrom到norflash中来调试BSP，并通过串口查看调试信息，如图2所示，是操作系统启动过程中，经过串口传输到主机上打印的调试消息，通过这些信息可以判断出系统启动过程中哪一部分出现了问题。

图3 VxWorks Shell界面

系统上电之后，bootrom首先运行，然后通过网线将VxWorks映像文件下载进rom中，图3所示为VxWorks的Shell界面，显示设备列表有串口和网口，表明串口和网口驱动成功。

GEC