基于LPC2104的VxWorksBSP設計
關(guān)鍵詞：VxWorks LPC2104 BSP ARM
VxWorks是一種商用嵌入式實時操作系統(tǒng)（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(tǒng)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(zhuǎn)換程序的制作
Tornado產(chǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)及奇偶效驗對的總和。最后兩位表示所有十六進制數(shù)對的校驗和。最后一條是記錄的結(jié)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(shù)，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(jié)束標志。
了解這兩種格式后，編寫格式轉(zhuǎn)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(tǒng)各段分配情況
由于LPC2104只有16KB的RAM，故只能程序代碼和數(shù)據(jù)放在Flash中，開機后再將數(shù)據(jù)拷貝到RAM內(nèi)，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(shù)據(jù)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(nèi)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(nèi)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(jù)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(tǒng)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(shù)據(jù)中止（數(shù)據(jù)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(guān)鍵字。
基于ARM體系結(jié)構(gòu)的VxWorks的其中四個異常 入口函數(shù)為：excEnterUndef、ecxEnterSwi、excEnterPrefetchAbort、excEnterDataAbort。直接在對應的位置用B指令跳到對應的函數(shù)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(jié)構(gòu)的VxWorks的其中四個異常入口函數(shù)為：excEnterUndef、excEnterSwi、excEnterPrefetchAbort、excEnterDataAbort。直接在對應的位置用B指令跳到對應的函數(shù)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(shù)據(jù)異常*/
.ascii "20B9" /*保留空間，由格式轉(zhuǎn)換程序超填入0xB9205F80*/
LDR pc,[pc,#-0xFF0]/*IRQ中斷入口函數(shù)*/
B FIQ_Hander /*FIQ中斷入口函數(shù)*/
IRQ中斷函數(shù)的入口函數(shù)是C語言寫的sysClkInt()和sysAuxClkInt()，需要自己保存現(xiàn)場和恢復現(xiàn)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(diào)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(diào)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(shù)VxWorks不用由用戶自己定義。其框架如下：其中FIQ_Exception()函數(shù)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(tǒng)上電時，如果地址0x00000014內(nèi)的數(shù)據(jù)是0xB9205F80,則從Flash的零地址開始執(zhí)行，也就是執(zhí)行romInit（）函數(shù)。此函數(shù)將啟動方式BOOT_COLD放在R0中，作為romStart的參數(shù)，將系統(tǒng)設為SVC32模式，并禁止IRQ和FIR中斷，設置好系統(tǒng)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?shù)奈恢茫梢远ㄎ怀绦虻倪\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(diào)方式器進行單步仿真和調(diào)試。
2.3 sysLib.c文件
在這個文件中，主要是在sysHwInit（）函數(shù)內(nèi)實現(xiàn)系統(tǒng)外設的配置，中斷向量表的拷貝和重映射，系統(tǒng)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(diào)通之前，可以借助上面提到的簡單點燈函數(shù)實現(xiàn)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?shù)刂?，可以指示各個函數(shù)的執(zhí)行情況）：
#include “LPC2106.h”
PINSEL0=0x00000000;
PINSEL1=0x00000000;
IODIR=0x00003DD0;
系統(tǒng)的初始化和配置與硬件系統(tǒng)高度相關(guān)。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(tǒng)頻率，必須為Fosc的整數(shù)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(xiàn)與系統(tǒng)時鐘和系統(tǒng)輔助時鐘相關(guān)的函數(shù)。關(guān)于系統(tǒng)時鐘的各函數(shù)定義如下（系統(tǒng)輔助時鐘的各函數(shù)與系統(tǒng)時鐘一樣，只須將T0換成T1即可）：
/*SysClkInt(),此函數(shù)每個時鐘Tick被調(diào)用一次*/
void sysClkInt（void）{
/*通知系統(tǒng)中斷結(jié)束*/
T0IR=0x01；
T0MR0+=(Fpclk/sysClkTicksPerSecond)；
VICVectAddr=0;
/*調(diào)用系統(tǒng)中斷函數(shù)*/
if(sysClkRoutine!=NULL)
(*sysClkRoutine)(sysClkArg);
}
/*sysClkDisable()禁止系統(tǒng)時鐘*/
void sysClkDisable(void){
if(sysClkRunning){
/*禁止系統(tǒng)時鐘中斷*/
VICIntEnClr=0x10;
T0TC=0;
SysClkRunning=FLASE;
}
}
/*sysClkEnable()啟動系統(tǒng)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(diào)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(shù)，生成bootrom_res.hex文件，格式轉(zhuǎn)換后，下載到Flash中運行，在PC機上借助串口調(diào)試助手打印調(diào)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(jié)
VxWorks所需要的唯一的驅(qū)動程序是系統(tǒng)時鐘，本文詳細給出了系統(tǒng)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。
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