基于VxWorks的產(chǎn)品映象設計
關鍵詞: VxWorks;映象;啟動代碼
VxWorks是目前占壟斷地位的實時操作系統(tǒng),在許多領域獲得廣泛應用,但其產(chǎn)品映象設計卻一直是令設計工程師頭疼的問題。本文在實踐驗證的基礎上,討論了基于VxWorks操作系統(tǒng)上的產(chǎn)品映象設計技術,具有很強的實用性。
VxWorks的映象分析
VxWorks映象內(nèi)容包括:代碼段(Text segment)、數(shù)據(jù)段(Data Segment)和符號起始塊段(BSS Segment)。其中,代碼段指可執(zhí)行的指令集合;數(shù)據(jù)段指已經(jīng)初始化的全局和靜態(tài)變量;符號起始塊段是未初始化的全局和靜態(tài)變量,ANSI C/C++中要求這些變量初始化為零。
VxWorks映象按類型分為:可下載的映象(Loadable images)、基于ROM的映象(ROM-based images)和ROM駐留映象(ROM-Resident images)三種。Loadable images一般用于調(diào)試,ROM或Flash中的啟動代碼BSP打通調(diào)試通道后,將其從PC機上裝入RAM運行。ROM-based images整個映象在ROM或Flash中,由BSP從ROM或Flash中裝載整個映象到RAM中運行,并分為壓縮和非壓縮方式。ROM-resident images則只拷貝VxWorks的data和bss部分到RAM中運行,運行效率低。
基于VxWorks的產(chǎn)品映象設計
本文bootable VxWorks映象即為ROM-based images,downloadable應用模塊對應Loadable images。VxWorks最終產(chǎn)品映象一般燒錄在Flash中,但由于Flash容量有限,并且為了動態(tài)更換程序方便,有時需要使用兩片F(xiàn)lash。其中,第一片小容量的Flash僅作為啟動和下載程序功能,采用插件式,以便替換;第二片大容量的Flash存放用戶應用代碼,多采用貼片方式。具體VxWorks的產(chǎn)品映象構造可使用以下四種技術方案。
方案一
Flash中存放BOOT+OS+ APPLICATION代碼(Tornado圖形環(huán)境下選項為bootable映象,rules=VxWorks_rom)。
在Flash中的 BOOT啟動后,就將OS裝入RAM,跳到OS入口點,OS執(zhí)行,并由OS最終調(diào)起用戶應用程序。這種設計最為簡潔,只需一片F(xiàn)lash裝載程序。缺點是,采用插件Flash容量很小,僅適合程序不大的場合;而采用貼片方式的Flash,則有一個頭疼的程序燒寫問題。
方案二
第一片小容量Flash放BOOT代碼;第二片大容量的Flash放OS+APPLICATION代碼(Tornado圖形環(huán)境下選項為bootable映象,rules=VxWorks)。
由VxWorks的Loadable images啟動過程可知,第一片F(xiàn)lash會將BOOT code拷貝到RAM_HIGH_ADRS為起址的RAM空間,BOOT code則將OS拷貝到RAM_LOW_ADRS為起址的RAM空間,并跳到OS入口點,即RAM_LOW_ADRS執(zhí)行。所以這種方法是在第一片F(xiàn)lash啟動后,接著將第二片F(xiàn)lash中保存的OS+APPLICATION映象拷貝到RAM的RAM_LOW_ADRS ~ RAM_HIGH_ADRS之間,然后跳到RAM中的RAM_LOW_ADRS地址處即OS入口點執(zhí)行。
方案三
第一片小容量Flash放BOOT代碼;第二片大容量的Flash放BOOT+OS+APPLICATION(Tornado圖形環(huán)境下選項為bootable映象,rules=VxWorks_rom)。
第一片BOOT啟動后,其代碼執(zhí)行的最后一句跳至第二片F(xiàn)lash的啟動代碼romInit()處執(zhí)行。第一片F(xiàn)lash代碼用來將程序下載到第二片F(xiàn)lash中,正常情況下則是簡單地啟動第二片F(xiàn)lash中已有的程序。在做第二片F(xiàn)lash中的BOOT+OS+APPLICATION映象時,需要將BSP中config.h文件的ROM_BASE_ADRS參數(shù)修改為第二片F(xiàn)lash的基址,表示基于第二片F(xiàn)lash啟動運行。這里第二片F(xiàn)lash執(zhí)行并不等同復位CPU,只是又執(zhí)行了一次與第一片F(xiàn)lash中上電復位后內(nèi)容類似的初始化代碼并新啟動了一個OS,這個OS重新接管了SDRAM以及CPU的所有寄存器等,而第一片F(xiàn)lash中代碼不再執(zhí)行。
下面提供一種方法,通過第一片F(xiàn)lash中的代碼,可以將遠程PC機上編譯好的二進制可執(zhí)行文件 rom.bin(含有BOOT+OS+APPLICATION)ftp到第二片F(xiàn)lash:
/*(1)將PC ftp Server上的二進制可執(zhí)行文件rom.bin(含有BOOT+OS+APPLICATION)ftp到target的SDRAM緩沖區(qū)buf中*/
if (ftpXfer ("server", "fred", "magic", "", "RETR %s", "/usr/appl", "rom.bin",
&ctrlSock, &dataSock) == ERROR)
return (ERROR);
while ((nBytes = read (dataSock, buf, 5*1024)) > 0)
{
buf = buf + nBytes;
TotalNum = TotalNum + nBytes;
}
close (dataSock);
if (ftpReplyGet (ctrlSock, TRUE) != FTP_COMPLETE)
status = ERROR;
if (ftpCommand (ctrlSock, "QUIT", 0, 0, 0, 0, 0, 0) != FTP_COMPLETE)
status = ERROR;
close (ctrlSock);
/*(2)將ftp到SDRAM中的內(nèi)容寫入第二片F(xiàn)lash中*/
writeFlash2(buf-TotalNum,FLASH2BASE,TotalNum);
/*(3)第一片F(xiàn)lash執(zhí)行的最后一行代碼是跳轉到第二片F(xiàn)lash中第一條語句執(zhí)行*/
FUNCPTR entry = (FUNCPTR)(FLASH2BASE+0x100);
go (entry);
方案四
第一片小容量Flash放BOOT+OS+LOADER代碼(Tornado圖形環(huán)境下選項為bootable映象,rules=VxWorks_rom);第二片大容量Flash放APPLICATION(Tornado圖形環(huán)境下選項為downloadable應用模塊且可重定位,rules=objects),此片F(xiàn)lash必須有文件系統(tǒng)。
第一片F(xiàn)lash中是一個完整的產(chǎn)品映象,等同于BOOT+OS+APPLICATION,LOADER就是一個簡單的APPLICATION,利用VxWorks提供給用戶的目標模塊加載器loadlib來完成LOADER功能。在第一片F(xiàn)lash啟動運行到LOADER時,由LOADER的loadModule()函數(shù)將第二片F(xiàn)lash的APPLICATION文件動態(tài)加載入RAM,并與OS連接為可直接執(zhí)行的映象,然后用symFindByName()找到應用代碼文件appl.o中用戶應用入口點"ApplEntry",最后跳到應用入口函數(shù)執(zhí)行。
第一片F(xiàn)lash中的LOADER代碼如下:
FUNCPTR StartEntry;
fd = open ("/Flash2/appl.o", O_RDONLY,0);
loadModule(fd, LOAD_ALL_SYMBOLS);
symFindByName(sysSymTbl,“ApplEntry”,(char **)&StartEntry,&Type);
(*StartEntry)( );
其中,(1)loadModule(int fd,int loadFlag)函數(shù)從指定的文件fd中裝載目標模塊,并將Text、Data、BSS段放入目標內(nèi)存池中;(2)SymFindByName(SYMTAB_ID symTblId, char* name, char** pValue, SYM_TYPE* pType)從符號表中搜尋與指定符號名匹配的符號,并將值考入pValue和pType中。
VxWorks產(chǎn)品映象設計方案比較
以上方案中,第一種設計只適合代碼小的產(chǎn)品映象;第二、三、四種適合大容量代碼的映象設計。第二種設計啟動最快,但用戶可修改性差,不靈活。第三種設計啟動兩次,速度慢,但可以做到動態(tài)遠程更新包括BSP在內(nèi)的整個第二片F(xiàn)lash中的映象。第四種必須在第二片F(xiàn)lash中有閃存文件系統(tǒng)TrueFFS,appl.o以文件形式存放其中,此設計最為復雜,但在增加遠程程序下載更新功能方面十分方便。以上映象構造方案在實際中都得到成功驗證,應用設計人員可以按照實際要求靈活選擇。■
參考文獻
1 VxWorks Programmer's Guide,5.4[M].WindRiver ,Inc.
2 Tornado User's Guide,2.0[M].WindRiver ,Inc.
3 孔祥營,柏桂枝.嵌入式實時操作系統(tǒng)VxWorks及其開發(fā)環(huán)境Tornado[M].北京:中國電力出版社,2002.
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