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[導(dǎo)讀]本文分析VxWorks的異常處理機(jī)制后,提出一種解決方案,實(shí)現(xiàn)VxWorks在S3C44BOX上的BSP定制。

摘要  S3C44BOX固定的中斷管理模式與VxWorks的異常處理機(jī)制存在著沖突。本文分析VxWorks的異常處理機(jī)制后,提出一種解決方案,實(shí)現(xiàn)VxWorks在S3C44BOX上的BSP定制。該方案保留VxWorks原有的中斷處理機(jī)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(jī)制

引 言
    VxWorks是現(xiàn)在所有獨(dú)立于處理器的實(shí)時(shí)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(wù)問切換時(shí)間短、中斷延遲小、網(wǎng)絡(luò)流量大等特點(diǎn),是一個(gè)具有較高性能的標(biāo)準(zhǔn)嵌入式實(shí)時(shí)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(diǎn)。

    S3C44BOX是韓國(guó)Samsung公司出品的一款A(yù)RM(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(gè)串口控制器、2個(gè)通用DMA(Direct Memory Access)控制器、8個(gè)10位ADC(Analog to Digital Converter)通道、71個(gè)通用I/O引腳等,大大減少了系統(tǒng)成本,是各種學(xué)習(xí)板和開發(fā)板的首選ARM芯片。

1 BSP概念
    BSP(Board Support Packet,板級(jí)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(dòng)及硬件的驅(qū)動(dòng),具體功能包括:
    ◆目標(biāo)機(jī)硬件初始化,主要是CPU的初始化,為整個(gè)軟件系統(tǒng)提供底層硬件支持;
    ◆為操作系統(tǒng)提供設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和系統(tǒng)中斷服務(wù)程序;
    ◆定制操作系統(tǒng)的功能,為軟件系統(tǒng)提供一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)的運(yùn)行環(huán)境。

2 VxWorks啟動(dòng)流程
    VxWorks的啟動(dòng)涉及到兩個(gè)映像文件:Bootrom映像和VxWorks映像,其中每一類又可以再細(xì)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(duì)應(yīng)的啟動(dòng)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(dòng)過程跟Bootrom差不多,重復(fù)了某些工作,這是因?yàn)閂xWorks并不假設(shè)VxWorks映像是由Bootrom下載啟動(dòng)的,它有自己的初始化流程。VxWorks啟動(dòng)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(gè)向量表。異常向量表和中斷向量表。

    異常向量表保存著各個(gè)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(shí)間(RAM的讀取要比ROM快),還有其他好處,如動(dòng)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(gè)函數(shù)完成,excVecSet()設(shè)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(dāng)發(fā)生異常時(shí),CPU跳轉(zhuǎn)到異常的相應(yīng)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(gè)中斷服務(wù)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(dòng)態(tài)分配的,大小與中斷源個(gè)數(shù)有關(guān)。中斷經(jīng)異常向量表到達(dá)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(jìn)入中斷服務(wù)程序。中斷向量表的內(nèi)容是在掛接中斷服務(wù)程序的時(shí)候填充的,這個(gè)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(gè)區(qū),分別由8個(gè)片選信號(hào)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(duì)應(yīng)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(jìn)行內(nèi)存地址重定位操作,也就是每個(gè)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(gè)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(huì)遇到問題。VxWoiks默認(rèn)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(shè)定的,即可以通過宏定義LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS來設(shè)定。但是,這時(shí)VxWorks仍會(huì)把異常向量表放在0地址上,因?yàn)閷?duì)于ARM體系來說,設(shè)定異常向量表基地址的excVecSet()函數(shù)是空函數(shù),無法設(shè)定異常向量表的位置。這就產(chǎn)生了沖突,解決這個(gè)沖突是實(shí)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(dòng)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(duì)沖突的解決工作有啟示作用。

    基本思想是在Flash存儲(chǔ)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(shí),經(jīng)Flash存儲(chǔ)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(jìn)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(shè)計(jì)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(duì)三星KS32C50100(S3C4510B)開發(fā)板而設(shè)計(jì),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(fù)制到allS3C44BOX。將原wrSbcArm7目錄下的文件復(fù)制到bspS3C44BOX。同時(shí)為了精簡(jiǎn),去掉一些不用的文件,包括flashMem.c、sngks32cEnd.c等。

4.2中斷處理的實(shí)現(xiàn)

    romlnit.s文件是系統(tǒng)上電后執(zhí)行的第一個(gè)程序,它由ARM匯編寫成,并放在Flash的起始空間上?;谏厦娴闹袛嗵幚碛懻?,應(yīng)在這里建一個(gè)異常向量表。代碼如下:
    /*在Flash存儲(chǔ)器的開始處添加硬件中斷入口*/
    rotnTn;t.
    B cold /*上電復(fù)位后執(zhí)行的第1條指令,也可看作是復(fù)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(gè)函數(shù)也做類似定義*/
    Irq:
    SUB sp,sp,#4
    STMFD sp!,{r1)
    LDR rl·veelrq /*裝載中斷向量到寄存器R1*/
    STR rl,[sp,#4]
    /*把寄存器R1的內(nèi)容壓入堆棧*/
    LDMFD sp!,{rl,pc)
    /*從堆棧彈出寄存器R1和PC(即跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)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*/

    接著就需要在RAM中建立自己的異常向量表。在excVecInit()后面加入建立自己的異常向量表函數(shù),其代碼如下:
    /*在真正RAM空間建立異常向量表,和VxWorks建立的向量表相同,只是位置不同*/
    extern void excEnterUndef(void);
    /*ARM體系的VxWorks異常人口函數(shù)*/
    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]={
    /*定義異常向量表*/
    {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中的異常向量表*/
    void sysExcTblSet(void){
    inti;
    for(i=0;i<SYS_EXC_NUM;++1){
    /*安裝向量表*/
    /*使用原始機(jī)器碼0xe59ffof4.等同于“l(fā)dr pc.pc+0xfc”*/
    *(uINT32*)(sysExcTbl[i].vector)=(UINT32)
    0xe59ffof4;
    *(UINT32*)(sysExcTbl[i].vector+Oxfe)=(UINT32)(sysExcTbl[i].func);
    }
    }
    通過上述程序,就把異常向量和VxWorks的對(duì)應(yīng)處理函數(shù)關(guān)聯(lián)起來了。

4.3時(shí)鐘及驅(qū)動(dòng)
    系統(tǒng)時(shí)鐘是操作系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ),VxWorks需要一個(gè)10~100 Hz時(shí)鐘滴答,默認(rèn)采用60Hz。時(shí)鐘中斷掛接的中斷處理函數(shù)為sysClkInt(),它調(diào)用VxWorks實(shí)際處理時(shí)鐘中斷的函數(shù)usrClock()。跟時(shí)鐘相關(guān)的還有連接、使能和禁止函數(shù),它們都與定時(shí)器有關(guān),請(qǐng)參考S3C44BOX的使用手冊(cè)。

    串口驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)在sngks32cSio.c中,需要根據(jù)寄存器定義變化作相應(yīng)修改。
主要涉及到初始化函數(shù)、接收函數(shù)、發(fā)送函數(shù)和啟動(dòng)發(fā)送函數(shù)。

    筆者采用網(wǎng)卡芯片兼容NE2000,有現(xiàn)成的ne2000End驅(qū)動(dòng)可以使用。

    到這里,最基本的S3C44BOXBSP已經(jīng)定制完成,可實(shí)現(xiàn)串口通信和網(wǎng)絡(luò)下載。

結(jié)語(yǔ)
    本文給出一種解決S3CA480X與VxWorks中斷處理機(jī)制沖突的方案,該方案對(duì)于向其他一些不具有地址重映射功能的低端處理器上移植VxWorks有一定的參考價(jià)值。VxWorks的源代碼不公開,風(fēng)河公司提供的資料也不會(huì)涉及代碼的實(shí)現(xiàn),因此要了解實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)只能通過反匯編跟蹤,這對(duì)VxWorks的移植工作造成了一定的困難。

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