基于LPC2104的VxWorksBSP設計

摘要：在新的目標板上安裝VxWorks的過程極具挑戰(zhàn)性。本文較詳細地介紹基于LPC2104的ARM開發(fā)板的BSP設計方法，并給出源代碼。 關鍵詞：VxWorks LPC2104 BSP ARM VxWorks是一種商用嵌入式實時操作系統(RTOS)多年來，風河公司為用戶提供了一系列廣泛的板級支持包(BSP)。但是，隨著CPU的發(fā)展，用戶自己設計的硬件平臺越來越多，分散性越來越大，因此介于硬件平臺和操作系統之間的BSP的自主設備也日益緊迫。EasyARM開發(fā)板是廣州周立功單片機有限公司開發(fā)的基于飛利浦LPC2104型ARM7TDMI芯片的低價位學習板，具有128KB的Flash，16KB的RAM，滿足VxWorks運行的最低要求。 1 格式說明及格式轉換程序的制作 Tornado產生的目標代碼的默認格式是Motorola開發(fā)板的Flash下載工具只能下載Intel 32bit格式。必須將它們進行轉換才能將代碼寫入到Flash中去。下面以Motorola的S2格式為例說明格式的轉換。 S2的一種實際格式如下： S0120000626F6F74726F6D5F726532E686578CF S214000000060000EABD0300EAA50300EAB70300EA1B S804000000FB 其中第一條是記錄的頭部。第二條是地址和對應的數據記錄，S2表示24位地址的格式，14表示起始地址000000和對應的數據及奇偶效驗對的總和。最后兩位表示所有十六進制數對的校驗和。最后一條是記錄的結束標志。

Intel 32 bit的一種實際格式如下： ：020000040000FA ：10000000060000EABD0300EABB50300EAB70300EA20 ………… ：00000001FF 其中第一條是記錄的頭部，表示32位地址的高16位為0000。在第二條記錄中，：表示記錄的開始，10表示記錄對的個數，0000表示起始地址的值，最后兩位表示校驗和。最后一條是記錄的結束標志。 了解這兩種格式后，編寫格式轉換程序就是很簡單的一件事件。 2 BSP的設計過程及軟件仿真方法 2.1 駐留ROM/Flash的系統各段分配情況 由于LPC2104只有16KB的RAM，故只能程序代碼和數據放在Flash中，開機后再將數據拷貝到RAM內，而程序依然放在Flash中并在其中運行，即所謂的ROM Resident Image設計。在Tornado集成開發(fā)環(huán)境下，選取templatARM的BSP生成的bootrom_res.hex文件就是這種 ROM_Resident文件，其代碼段、數據段、堆棧段分別在Flash和RAM中的情況如圖1。 Flash的分配和對應常量的定義 片內Flash的地址空間為0x00000000～0x00020000 ROM_TEXT_ADRS=00000000代碼段的起始地址 ROM_SIZE=00020000 Flash的大小 RAM的分配和對應常量的定義 片內RAM的地址空間為0x40000000～0x40003FFF 0x40000000～0x4000003F共64字節(jié)，放中斷向量表LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS=0x400000000 RAM_LOW_ADRS=0x40000600 RAM_HIGH_ADRS=0x40000F00 LOCAL_MEM_SIZE=0x00020000 根據上面的分析，修改Makefile和config.h中相應的部分，使兩者一樣。 堆棧的分配 堆棧的地址設為STACK_ADRS，由系統定義，從RAM_LOW_ADRS開始向下伸展。 2.2 romlnit.s文件 ARM的異常向量表如表1。LPC2104的異常向量表也一樣，只不過它可以重新映射到RAM的頭部，即從0x40000000開始的32個字節(jié)。 表1 ARM異常向量位置 地 址 異 常 0x0000 0000 復位 0x0000 0004 未定義指令 0x0000 0008 軟件中斷 0x0000 000C 預取指中止(從存儲器取指出錯) 0x0000 0010 數據中止(數據訪問存儲器出錯) 0x0000 0014 保留 0x0000 0018 IRQ 0x0000 001C FIQ 　*在ARM文檔中標識為保留，該位置被Boot裝載程序用作者有效的用戶程序關鍵字。 基于ARM體系結構的VxWorks的其中四個異常 入口函數為：excEnterUndef、ecxEnterSwi、excEnterPrefetchAbort、excEnterDataAbort。直接在對應的位置用B指令跳到對應的函數中即可。代碼如下：_ARM_FUNCTION(romInit) _romInit： ARM的異常向量表如表1。LPC2104的異常向量表也一樣，只不過它可以重新映射到RAM的頭部，即從0x40000000開始的32個字節(jié)。 基于ARM體系結構的VxWorks的其中四個異常入口函數為：excEnterUndef、excEnterSwi、 excEnterPrefetchAbort、excEnterDataAbort。直接在對應的位置用B指令跳到對應的函數中即可。代碼如下： _ARM_FUNCTION(romInit) _romInit: cold: B start /*復位異常*/ B excEnterUndef /*未定義異常 */ B excEnterSwi /*軟中斷*/ B excEnterPreftchAbort/*予取指異常*/ B excEnterDataAbort /*數據異常*/ .ascii "20B9" /*保留空間，由格式轉換程序超填入0xB9205F80*/ LDR pc,[pc,#-0xFF0]/*IRQ中斷入口函數*/ B FIQ_Hander /*FIQ中斷入口函數*/ IRQ中斷函數的入口函數是C語言寫的sysClkInt()和sysAuxClkInt()，需要自己保存現場和恢復現場，代碼為： _ARM_FUNCTION(TIME0_IRQ_Hander) _TIME0_IRQ_Hander: SUB LR,LR,#4 /*計算返回地址*/ STMFD SP!，{R0-R11，R12，LR} /*保存任務環(huán)境*/ MRS R3，SPSR /*保存狀態(tài)*/ STMFD SP!，{R3} BL sysClkInt /*調用C語言的中斷處理程序*/ LDMFD SP!，{R3} MSR SPSR_cxsf,R3 LDMFD SP!,{R0-R11，R12，PC} _ARM_FUNCTION(TIME1_IRQ_Hander) _TIME1_IRQ_Hander： SUB LR，LR，#4 /*計算返回地址*/ STMFD SP!，{R0-R11，R12，LR} /*保存任務環(huán)境*/ MRS R3，SPSR /*保存狀態(tài)*/ STMFD SP!，{R3} BL sysAuxClkInt /*調用C語言的中斷處理程序*/ LDMFD SP!，{R3} MSR SPSR_cxsf,R3 LDMFD SP!，{R0-R11，R12，PC} 快速中斷函數VxWorks不用由用戶自己定義。其框架如下：其中FIQ_Exception()函數由C語言定義，在文件開始用globl FUNC(FIQ_Exception)聲明。 FIQ_Hander: STMFD SP!,{R0-R12,LR} BL FIQ_Exception LDMFD SP!,{R0-R12,LR} SUBS PC,LR,#4 當系統上電時，如果地址0x00000014內的數據是0xB9205F80,則從Flash的零地址開始執(zhí)行，也就是執(zhí)行romInit()函數。此函數將啟動方式BOOT_COLD放在R0中，作為romStart的參數，將系統設為SVC32模式，并禁止IRQ和FIR中斷，設置好系統堆棧指針跳到 romStart()執(zhí)行。驗證此部分程序執(zhí)行情況的最簡單的一種方法是用匯編寫一段點燈程序，用以指令程序的執(zhí)行情況。其中常量PINSEL0、 PINSEL1、IODIR、SPI_IOCON可以頭文件templatARM.h中用define定義。 #define PINSEL0 0xE002C000 #define PINSEL1 0xE002C004 #define IODIR 0xE0028008 #define SPI_IOCON 0x00003DD0 我們設計的點燈程序如下。將其放在romInit.s適當的位置，可以定位程序的運行情況。 LDR r0,=PINSEL0 MOV r1,#0 STR r1,[R0],#4 STR r1,[R0] LDR r0,=PINSEL1 MOV r1,#0 STR r1,[R0],#4 STR r1,[R0] LDR r0,=IODIR LDR r1,SPI_IOCON STR r1,[R0] 在Tornado集成開發(fā)環(huán)境下，templatARM的BSP生成bootrom_res.bin文件后，可以借助ASD1.2的AXD反匯編調方式器進行單步仿真和調試。 2.3 sysLib.c文件 在這個文件中，主要是在sysHwInit()函數內實現系統外設的配置，中斷向量表的拷貝和重映射，系統定時器中斷向量的安裝，串口初始化等功能。在串口還沒有調通之前，可以借助上面提到的簡單點燈函數實現程序的定位。其用C語言重新定義如下(將它插入本文件的適當地址，可以指示各個函數的執(zhí)行情況)： #include “LPC2106.h” PINSEL0=0x00000000; PINSEL1=0x00000000; IODIR=0x00003DD0; 系統的初始化和配置與硬件系統高度相關。對這部分的代碼不作過多的解釋，請參看代碼注釋。幾個常量定義如下： #define Fosc 11059200 /*晶振頻率，10MHz～25MHz應與實際一致*/ #define Fcclk(Fosc *4) /*系統頻率，必須為Fosc的整數倍(1～32)，且<=60MHz*/ #define Fcco (Fosc *4) /*CCO頻率，必須為Fcclk的1、2、4、8倍，范圍為156MHz～320MHz*/ #define Fpclk (Fcclk/4)*2 /*VPB時鐘頻率，只能為(Fcclk/4)的1、2、4倍*/ 2.4 templateTimer.c文件 本文件主要實現與系統時鐘和系統輔助時鐘相關的函數。關于系統時鐘的各函數定義如下(系統輔助時鐘的各函數與系統時鐘一樣，只須將T0換成T1即可)： /*SysClkInt(),此函數每個時鐘Tick被調用一次*/ void sysClkInt(void){ /*通知系統中斷結束*/ T0IR=0x01; T0MR0+=(Fpclk/sysClkTicksPerSecond); VICVectAddr=0; /*調用系統中斷函數*/ if(sysClkRoutine!=NULL) (*sysClkRoutine)(sysClkArg); } /*sysClkDisable()禁止系統時鐘*/ void sysClkDisable(void){ if(sysClkRunning){ /*禁止系統時鐘中斷*/ VICIntEnClr=0x10; T0TC=0; SysClkRunning=FLASE; } } /*sysClkEnable()啟動系統時鐘*/ void sysClkEnable(void){ static BOOL connected=FALSE; if(!connected){ /*定時器0初始化*/ T0TC=0; T0TCR=0x01; T0MCR=0x01; T0MR0=(Fpclk/sysClkTicksPerSecond); VICIntEnable=0x10; Connected=TRUE; } if(!sysClkRunning){ T0TC=0; sysClkRunning=TRUE; } } 3 應用程序設計 由于EasyARM開發(fā)板本身資源較少，不可能與PC機連接成宿主機一目標機的調試環(huán)境，通過主機將代碼下載到目標機再執(zhí)行。因此在設計應用程序時，可以修改bootConfig.c文件中的bootCmdLoop()函數，生成bootrom_res.hex文件，格式轉換后，下載到Flash中運行，在PC機上借助串口調試助手打印調試信息。具體過程是：在Tornado2.2集成開發(fā)環(huán)境下選取Build->Build Boot Rom，BSP選定templateARM，Image選定bootrom_res.hex，編譯器選gnu,確認即可。 4 小結 VxWorks所需要的唯一的驅動程序是系統時鐘，本文詳細給出了系統時鐘源代碼，同時還給出了串口通信的源代碼，使得開發(fā)板與PC機能正常通信。另外，給出了基于VxWorks的應用程序的設計方法。由于BSP的設計本身就是一件很具有挑戰(zhàn)性的工作，相信本文對VxWorks的BSP設計得有所幫助。