基于S3C44BOX的VxWorks BSP設計

　　摘要  S3C44BOX固定的中斷管理模式與VxWorks的異常處理機制存在著沖突。本文分析VxWorks的異常處理機制后，提出一種解決方案，實現(xiàn)VxWorks在S3C44BOX上的BSP定制。該方案保留VxWorks原有的中斷處理機制，從而保證VxWorks移植后的穩(wěn)定性和可靠性。

　　關(guān)鍵詞  VxWorks S3C44BoX  BSP  中斷處理機制

引 言

    VxWorks是現(xiàn)在所有獨立于處理器的實時系統(tǒng)中最具特色的操作系統(tǒng)之一。它支持的CPU包括：PowerPC、x86、MIPS、ARM等，其微內(nèi)核Wind具有任務問切換時間短、中斷延遲小、網(wǎng)絡流量大等特點，是一個具有較高性能的標準嵌入式實時操作系統(tǒng)。此外，VxWorks操作系統(tǒng)還具有較好的可裁減性和易于移植等特點。

    S3C44BOX是韓國Samsung公司出品的一款ARM(Advanced RISC Machines)微控制器，CPU核心為ARM7TDMI。S3C44BOX具有非常豐富的外圍資源，集成LCD控制器、12C總線控制器、I2S總線控制器、2個串口控制器、2個通用DMA(Direct Memory Access)控制器、8個10位ADC(Analog to Digital Converter)通道、71個通用I／O引腳等，大大減少了系統(tǒng)成本，是各種學習板和開發(fā)板的首選ARM芯片。

1 BSP概念

    BSP(Board Support Packet，板級支持包)是介于底層硬件和上層軟件之間的底層軟件開發(fā)包，它的主要功能為屏蔽硬件，提供操作系統(tǒng)的驅(qū)動及硬件的驅(qū)動，具體功能包括：
    ◆目標機硬件初始化，主要是CPU的初始化，為整個軟件系統(tǒng)提供底層硬件支持；
    ◆為操作系統(tǒng)提供設備驅(qū)動程序和系統(tǒng)中斷服務程序；
    ◆定制操作系統(tǒng)的功能，為軟件系統(tǒng)提供一個實時多任務的運行環(huán)境。

2 VxWorks啟動流程

    VxWorks的啟動涉及到兩個映像文件：Bootrom映像和VxWorks映像，其中每一類又可以再細分為壓縮、非壓縮、駐留ROM和非駐留ROM類型的映像。不同的映像對應的啟動流程也有所不同，但它們的基本流程是相同的，如表1所列。

    VxWorks映像的啟動過程跟Bootrom差不多，重復了某些工作，這是因為VxWorks并不假設VxWorks映像是由Bootrom下載啟動的，它有自己的初始化流程。VxWorks啟動后，RAM空間的分配情況如圖1所示。

3 Vxworks中斷管理分析

    VxWoIks中與中斷管理密切相關(guān)的是兩個向量表。異常向量表和中斷向量表。

    異常向量表保存著各個異常處理入口地址。通常情況下，它位于LocAL_MEM_LOCAL_ADRS上，也就是SDRAM的起始地址上。異常向量放置在RAM，可以減少異常處理的延遲時間(RAM的讀取要比ROM快)，還有其他好處，如動態(tài)和靈活等。異常向量表的所有異常向量分配如表2所列。

    異常向量表的初始化通過excVecSet()和exc、VecInjt()兩個函數(shù)完成，excVecSet()設定異常向量表的基地址，然后由excVeCInit()完成向量表的構(gòu)造工作。當發(fā)生異常時，CPU跳轉(zhuǎn)到異常的相應向量地址執(zhí)行。這里中斷也被看作是一種異常，中斷經(jīng)異常向量表才能跳轉(zhuǎn)到中斷向量表。

    中斷向量表是存放各個中斷服務程序入口地址的地方。中斷向量表的位置并不是固定的，它是由VxWorks動態(tài)分配的，大小與中斷源個數(shù)有關(guān)。中斷經(jīng)異常向量表到達中斷向量表后，再根據(jù)中斷源經(jīng)中斷向量表跳轉(zhuǎn)才能進入中斷服務程序。中斷向量表的內(nèi)容是在掛接中斷服務程序的時候填充的，這個過程通過調(diào)用intConnect()完成。中斷發(fā)生之后的流程如圖2所示。

3.1 S3C4480x的地址空間分配

    S3C44BOX的地址空間分為8個區(qū)，分別由8個片選信號控制。地址空間分配如表3所列。

    S3C44BOX上電之后，由0地址取指令開始執(zhí)行，因此必須接一片F(xiàn)lash在nGCSO上，接一片SDRAM在nGCS6上作為系統(tǒng)內(nèi)存，這樣Flash對應的基地址就是O了。系統(tǒng)上電之后，從Flash中取指令開始執(zhí)行。S3C44BOX不能進行內(nèi)存地址重定位操作，也就是每個片選的地址范圍是定死的，不能由程序員指定。ARM的異常向量表是放在O地址的，因此必須在Flash中硬編碼一個異常向量表，中斷經(jīng)異常向量表后跳轉(zhuǎn)到放在RAM中的中斷向量表中。

3.2 S3C4480X與VxWorks的沖突及解決方案

    S3C44BOX的固定地址空間管理方法在VxWorks里會遇到問題。VxWoiks默認ARM的．RAM是從0地址開始的，并把異常向量表放在RAM的起始0地址上，而S3C44BOX的RAM基地址為0x0c000000，0地址上是ROM。VxWorks的RAM基地址是可以在BSP中設定的，即可以通過宏定義LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS來設定。但是，這時VxWorks仍會把異常向量表放在0地址上，因為對于ARM體系來說，設定異常向量表基地址的excVecSet()函數(shù)是空函數(shù)，無法設定異常向量表的位置。這就產(chǎn)生了沖突，解決這個沖突是實現(xiàn)VxWorks在S3C44BOX上移植的關(guān)鍵。從根本上說，這是由于S3C44BOX不具有地址重定位功能造成的。

    硬編碼將異常函數(shù)人口地址填寫在啟動Flash開始處，中斷經(jīng)異常向量表后跳轉(zhuǎn)到放在RAM中的中斷向量表中。μClinux的這種中斷管理方式對沖突的解決工作有啟示作用。

    基本思想是在Flash存儲器的起始地址硬編碼異常入口，在RAM的起始地址仿VxWorks建立異常向量表。中斷發(fā)生時，經(jīng)Flash存儲器人口，跳轉(zhuǎn)到自定義函數(shù)，再跳轉(zhuǎn)到RAM中異常人口，最后進人VxWorks提供的異常處理函數(shù)intEnt()。中斷處理流程如圖3所示。新異常向量表和原VxWorks設計完全一樣。

4 VxWorks在S3C4480X上BSP的定制

4.1選擇BSP模板

    主要根據(jù)開發(fā)板CPU確定BSP模板，要考慮字節(jié)序(1ittle_endian)和ARM核心版本(ARM7)。wrSbcArm7針對三星KS32C50100(S3C4510B)開發(fā)板而設計，它的ARM核心也是ARM7TDMI，因此選擇wrSbcArm7作為S3C44BOX BSP模板。

    在“target＼config＼”下，建立自己的BSP目錄，將原all目錄文件復制到allS3C44BOX。將原wrSbcArm7目錄下的文件復制到bspS3C44BOX。同時為了精簡，去掉一些不用的文件，包括flashMem．c、sngks32cEnd．c等。

4.2中斷處理的實現(xiàn)

    romlnit．s文件是系統(tǒng)上電后執(zhí)行的第一個程序，它由ARM匯編寫成，并放在Flash的起始空間上。基于上面的中斷處理討論，應在這里建一個異常向量表。代碼如下：
    ／*在Flash存儲器的開始處添加硬件中斷入口*／
    rotnTn；t．
    B cold ／*上電復位后執(zhí)行的第1條指令，也可看作是復位向量*／
    B Undef
    B Swi
    B Pabort
    B Dabort
    B ．
    B Irq
    B ．
    ／*Irq函數(shù)定義，其他Undef、Swi等幾個函數(shù)也做類似定義*／
    Irq：
    SUB sp，sp，#4
    STMFD sp!，{r1)
    LDR rl