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1、VxWorks基础知识及开发流程 1 VxWorks介绍关于BSP以及映像Tornado介绍开发实例之一开发实例之二开发实例之三映像启动流程 课程大纲 2 VxWorks是美国WindRiverSystem公司 简称风河公司 即WRS公司 推出的一个实时操作系统 VxWorks 3 嵌入式操作系统VxWorks Wind内核 多任务处理 虚拟内存 操作系统模块 I O子系统 网络子系统 目标开发工具 VxWorks基本体系结构 4 嵌入式操作系统VxWorks wind VxWorks的核心 被称作wind 包括多任务调度 采用优先级抢占方式 任务间的同步和进程间通信机制 以及中断处理 看门狗
2、定时器和内存管理机制 I O系统 VxWorks提供了一个快速灵活的与ANSIC兼容的I O系统 包括UNIX标准的缓冲I O和POSIX标准的异步I O VxWorks包括以下驱动程序 网络驱动 管道驱动 RAM盘驱动 SCSI驱动 键盘驱动 显示驱动 磁盘驱动 并口驱动等 文件系统 支持四种文件系统 dosFs rt11Fs rawFs和tapeFs支持在一个单独的VxWorks系统上同时并存几个不同的文件系统 5 嵌入式操作系统VxWorks 实用库 VxWorks提供了一个实用例程的扩展集 包括中断处理 看门狗定时器 消息登录 内存分配 字符扫描 线缓冲和环缓冲管理 链表管理和ANSI
3、C标准 虚拟内存 VxVMI为带有MMU的目标板提供了虚拟内存机制 VxMP Share MemoryObject 提供了共享信号量 消息队列和在不同处理器之间的共享内存区域 用于不同CPU的通讯与同步 WBD协议 目标代理遵循WBD WindDebug 协议 允许目标机与主机上的Tornado开发工具相连 Tornado目标服务器 TargetServer 向目标代理发送调试请求 6 嵌入式操作系统VxWorks 网络支持 它提供了对其它VxWorks系统和TCP IP网络系统的 透明 访问 包括与BSD套接字兼容的编程接口 远程过程调用 RPC SNMP 可选项 远程文件访问 包括客户端和
4、服务端的NFS机制以及使用RSH FTP或TFTP的非NFS机制 以及BOOTP和代理ARP DHCP DNS OSPF RIP 基于目标机的工具 在Tornado开发系统中 开发工具是驻留在主机上的 但是也可以根据需要将基于目标机的Shell和装载卸载模块加入VxWorks 板级支持包BSP 板级支持包向VxWorks操作系统提供了对各种板子的硬件功能操作的统一的软件接口 它是保证VxWorks操作系统可移植性的关键 它包括硬件初始化 中断的产生和处理 硬件时钟和计时器管理 局域和总线内存地址映射 内存分配等等 每个板级支持包括一个ROM启动 BootROM 或其它启动机制 7 嵌入式操作系
5、统VxWorks BSP以及映像介绍 8 BSP BoradSupportPacket 板级支持包对单板的硬件功能提供了统一的软件接口 它包括硬件初始化 中断的产生和处理 硬件时钟和计时器管理 内存地址映射 内存分配等等 每个板级支持包括一个ROM启动 BootROM 或其它启动机制 嵌入式操作系统VxWorks 9 BSP在单板软件中的地位 BSP 硬件 vxWorks等操作系统 driver OSS 嵌入式操作系统VxWorks 10 最小BSP的定义 广义上讲 单板中所有控制CPU系统硬件的程序 都属于单板的BSP 但为了调试方便和软件的模块化 通常将与单板最小系统相关的程序简称为BSP
6、 而将其他程序称为驱动程序 对于嵌入式系统来说 所谓最小系统就是一个包含CPU Bootrom RAM 系统时钟 网口 串口的计算机运行环境 其中之所以包含串口和网口 主要是因为系统调试的需要 通常网口用于软件调试 而串口用于通过计算机的超级终端来显示单板程序运行结果信息 系统时钟是一个多任务OS所必须的资源 因此最小系统BSP就包含了CPU系统的初始化程序以及网口 串口 系统时钟等设备的驱动程序 11 VxWorks系统中的BSP 针对某类CPU的硬件单板 vxWorks通常提供有其DEMO板的BSP 也就是我们所说的最小系统BSP 一般来说 我们在硬件系统设计好之后 都会先找到一个与自己系
7、统相近的DEMO板BSP 并以此为基础 开发自己单板的BSP VxWorks为了最大限度的支持不同的硬件环境 也提供了一些常用硬件芯片的驱动程序 它们通常是与具体CPU无关的设备 如一些PCI网口芯片 串口芯片等 这些驱动程序大多实现为CPU无关或很容易移植 可以方便的用于其他CPU平台 这也是开发驱动程序所应该遵循的原理 另外 我们的最小系统BSP 往往在默认情况下 使用这些驱动程序 12 BSP位于硬件平台与操作系统之间 类似普通操作系统的BIOS 用于对上层软件屏蔽各种硬件相关性 给VxWorks提供硬件环境接口 BSP主要负责 硬件上电初始化 支持VxWorks访问硬件驱动 把硬件相关
8、和无关的软件很好地结合到VxWorks BSP不是硬件驱动程序 是一种访问硬件的硬件驱动程序硬件驱动分为通用和BSP有关两类 通用驱动管理可在目标环境间移动的设备 如以太网芯片 BSP驱动管理特定目标环境的设备 如中断控制器 BSP功能 13 BSPs和VxWorks关系 14 BootRom与VxWorks映象 VxWorks借鉴了传统PC操作系统的引导原理 其将整个引导过程分为两个阶段 BOOTROM启动通过BOOTROM加载VxWorks映象BOOTROM相当于PC机中的BIOS 它完成对加载过程中所需设备的初始化及驱动 然后通过某种可选择的通讯手段 如网口 串口 将VxWorks内核映
9、象到内存中 并执行 此处的VxWorks映象就相当于我们在PC机上装的操作系统 如DOS Windows BOOTROM和VxWorks使用不同方法来编译生成 15 Bootrom类型说明 用于可加载VxWorks映象的Bootrom包含两部分 起始引导程序 BootStrapPrograms 和ROM引导程序 ROMBootPrograms 起始引导程序驻留在ROM中 ROM引导程序起初存放在ROM中 初始化时被拷贝到RAM中 bootrom uncmp hex 未压缩的BOOTROM 未压缩的ROM引导程序 可直接拷贝 在RAM中执行 bootrom hex 压缩的BOOTROM 压缩的R
10、OM引导程序 在拷贝的过程中需要解压缩 在RAM中执行 bootrom res hex 驻留的BOOTROM 驻留ROM的ROM引导程序 仅拷贝ROM引导程序的数据段 代码段仍旧在ROM中执行 没有 HEX后缀的同名文件是其ELF格式的映象文件 附表 16 VxWorks映象类型说明 一 可加载的VxWorks映象这是一种运行于RAM的VxWorks映象 不包含搬移程序 需借助外部程序如bootRom才能加载到RAM 通过Ftp协议从主机加载到目标机中 附表 17 VxWorks映象类型说明 二 基于ROM的VxWorks映象这是一种运行于RAM 但起初存放于ROM中的VxWorks映象 即该
11、映象需要和搬移程序一起固化在BOOT中 该映象可分为 压缩的和未压缩的 附表 18 VxWorks映象类型说明 三 驻留ROM的VxWorks映象和搬移程序一起固化在BOOT中 仅将VxWorks映象的数据段和BSS段拷贝到RAM中 映象的代码段仍旧留在ROM中 从ROM中开始执行 该映象可分为 压缩的和未压缩的 映象从文件的组织形式上可分为 Text段 存放的是可执行的代码 Data段 存放的是已经初始化的全局变量或静态变量 BSS段 存放的是未初始化的全局变量或静态变量 附表 19 一个BSP最小系统需要知道的知识 1 CPU所采用的endian模式2 时钟配置3 串口4 网口部分 嵌入式
12、操作系统VxWorks 一个BSP最小系统以外需要知道的知识1 driver2 makefile3 OSS 20 最小BSP的endian模式 一般而言 我们是endian有两种模式 big和little 对big模式 以32bits中4个字节存放而言 低有效字节放在高地址处对little模式 以32bits中4个字节存放而言 高有效字节放在高地址处在写BSP中 特别是对字节的操作 需要注意这个问题在risc处理器中 endian模式的影响 一般是在加载和存储指令中 所以 在系统内存 还是按照正常的顺序来操作 little 21 最小BSP系统的时钟配置 一般而言 对CPU内核时钟部分部分不需
13、要配置 我们需要改变的是外设的时钟 22 最小BSP系统的串口 一般而言 从程序调试来看 可以不用仿真器来调试 在汇编最开始的地方 就将串口初始化好 通过从串口打印字符 这种方式是最好 嵌入式操作系统VxWorks 23 最小BSP系统的网口 该部分所要做的 也就是需要配置1 连接中断2 在sysEnd c文件的sysLanPciInit 文件中配置END TBL ENTRY结构类型的变量endDevTbl 嵌入式操作系统VxWorks 24 BSP最小系统之外的DRIVER 对驱动而言 所做的也就是在厂家提供的驱动基础上修改 现在驱动的编写 虽然都是C语言编写 但是采用面向对象的编程思想 将
14、对象在编程语言中组织成一个个的数据结构 然后对数据结构进行操作 25 BSP最小系统之外的makefile Makefile完成了对程序的编译控制功能 通过调用cc和ld 最终生成一个可以执行的应用程序对makefile的使用 需要掌握两点 1 掌握makefile文件编写的基本规则2 熟悉在Torndao环境下 也就是在Tornado安装目录 target h make该目录下所有文件的了解3 BSP相关的子makefiles放在 h make目录 rules bsp 包括创建各种VxWorksimage文件的规则 也用于创建VxWorks目标模块的规则 defs bsp 定义编译和连接过程
15、中的BSP控制宏 h make目录下其他子makefiles控制主机和体系结构相关的创建参数 26 BSP最小系统之外的OSS 该部分在vxworks层之上 向应用软件屏蔽了vxworks的API函数接口和vxworks的功能 在实现形式有两种 1 直接对vxworks的API函数进行封装2 在vxworks上的基础上实现操作系统的实现的功能OSS实现几个基本功能 1 进程的调度2 时间片的管理3 内存管理软件模块4 文件系统软件模块5 异常和系统监测 27 嵌入式操作系统VxWorks Tornado简介 28 Tornado是WRS公司推出的一套实时操作系统开发环境 提供了丰富的调试 仿真
16、环境和工具 Tornado 29 开发环境Tornado VxWorks WDBProtocol DevelopmentHost Target Ethernet serial netrom custom WTX WindRiverTooleXchangeWDB WindDeBug Application Xtextdatabss CrossWind集成调试器 WindShShell工具 Browser浏览器 其他 TornadoTools WTXProtocol Host Host TargetCommunication 30 开发环境Tornado TargetServer和WTX协议 TargetServer运行在Host端 每一个TargetServer连接一个Target 所有的Host工具通过TargetServer与Target集中通讯 TargetServer管理着Host Target通讯的细节 从而简化了Host工具 Host工具通过WTX协议与TargetServer交互 包括提出请求 获取Target的信息 TargetAgent和WDB协议 TargetAgen
