基于ARM7核處理器VxWorks系統(tǒng)BSP設(shè)計(jì)

   摘要：該文主要介紹了SAMSUNG公司的基于ARM7TDMI核S3C4510B微處理器，并詳細(xì)介紹了利用該處理器所設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)以及VxWorks操作系統(tǒng)下BSP（Board Supported Package）的開發(fā)。

    關(guān)鍵詞：ARM7TDMI S3C4510B VxWorks BSP

1 介紹

S3C4510B是三星公司推出的針對(duì)嵌入式應(yīng)用的16/32 位嵌入式處理器，該微控制器專為以太網(wǎng)通信系統(tǒng)的集線器和路由器而設(shè)計(jì)，具有低成本和高性能的特點(diǎn), S3C4510B中內(nèi)置了ARM公司設(shè)計(jì)的16/32位ARM7TDMI處理器, 可以執(zhí)行32位的ARM指令，也可執(zhí)行16位的THUMB指令, 并集成了多種外圍部件，主要有：

● 時(shí)鐘頻率50MHz

● 內(nèi)核/IO電壓3.3V

● 8KB的Cache/SRAM

● 一個(gè)10/100Mbps 以太網(wǎng)控制器，MII接口

● 兩個(gè)HDLC通道，每個(gè)通道可支持10Mbps

● 兩個(gè)UART通道

● 兩個(gè)DMA通道

● 兩個(gè)32位定時(shí)/計(jì)數(shù)器

● 18個(gè)可編程I/O口

● 中斷控制器，支持21個(gè)中斷源，包括4個(gè)外部中斷

● 支持SDRAM，EDO DRAM，SRAM，F(xiàn)lash等

● 具有擴(kuò)展外部總線

● JTAG接口，支持軟件開發(fā) ，硬件調(diào)試

S3C4510B支持目前常用的嵌入式操作系統(tǒng)，如VxWorks、pSoS、ucLinux等，本文將主要介紹VxWorks操作系統(tǒng)下的軟件開發(fā)。

ARM7TDMI是ARM家族通用的一款32位微處理器，它主要為用戶提供了高性能、低價(jià)格解決方案。

ARM7TDMI具有三級(jí)流水線的32位RISC處理器，處理器結(jié)構(gòu)為馮·諾依曼Load/Store。該CPU具有兩種指令集，即ARM和Thumb指令集。ARM指令集是32位，它可以利用CPU最大性能；而Thumb指令集則是16位指令集。

ARM7TDMI內(nèi)核方塊圖如圖1所示。


2 系統(tǒng)硬件圖

該系統(tǒng)主要以S3C4510B為核心，外圍集成了以太網(wǎng)卡、SDRAM、FLASH、UART以及HDLC等。圖2是以S3C4510B為核心的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖。

    SDRAM選用HY57V653220（8Mbyte）、兩片F(xiàn)LASH分別為AM29F040（存放bootrom）和T28F160BT（作為文件系統(tǒng)用）。

3 VxWorks操作系統(tǒng)下BSP構(gòu)建

在完成板上基本硬件的測(cè)試后，下面我就開始對(duì)vxWorks操作系統(tǒng)下BSP進(jìn)行開發(fā)，開發(fā)前需要做一些準(zhǔn)備工作，如準(zhǔn)備開發(fā)工具等。

① 開發(fā)工具用的是Tornado2.2 for ARM；

② 參考資料有BSP Kit、S3C4510B DataSheet；

③ 參考Tornado2.2 for ARM下自帶的wrSBCArm7 BSP；

④ 燒寫程序采用編程器。

通常在開發(fā)BSP的時(shí)候，我們需要在Tornado原帶BSP目錄下找一個(gè)與我們所用的處理器相同或相近。與BSP相關(guān)的文件有：romInit.s、sysAlib.s、bootInit.c、bootConfig.c、sysLib.c、config.h、configNet.h、makefile以及與我們硬件相關(guān)的，如串口sysSerial.c等。由于篇幅所限，具體的文件作用在此就不說了。下面主要根據(jù)S3C4510B來闡述一下BSP開發(fā)步驟。

（1）拷貝BSP

將wrSBCArm7 BSP拷貝一份并命名為4510BSP，接下來的工作就是修改該目錄下的文件，從而得到自己的BSP。

（2）修改MakeFile文件

修改4510BSP目錄下的makefile文件，修改如下幾行：

TARGET_DIR = 4510BSP # changed by caiyang

VENDOR = CAI # changed by caiyang

BOARD = MyArmBoard # changed by caiyang

ROM_TEXT_ADRS = 01000000 # ROM entry address

ROM_WARM_ADRS = 01000004 # ROM warm entry address

ROM_SIZE = 00080000 # number of bytes of ROM space

RAM_LOW_ADRS = 00006000 # RAM text/data address (bootrom)

RAM_HIGH_ADRS = 00486000 # RAM text/data address (bootrom)

MACH_EXTRA =

注解：ROM_TEXT_ADRS：BOOT ROM的入口地址。對(duì)大多數(shù)板來說，這就是ROM地址區(qū)的首地址，然而也有的硬件配置使用ROM起始的一部分地址區(qū)作為復(fù)位向量，因此需要根據(jù)此設(shè)置偏移量作為它的地址。這個(gè)偏移量因CPU結(jié)構(gòu)而定。

ROM_WARM_ADRS：BOOT ROM熱啟動(dòng)入口地址。它通常位于固定的ROM_TEXT_ADRS＋4的地方。當(dāng)需要熱啟動(dòng)時(shí)，sysLib.c文件中sysToMonitor( )函數(shù)代碼明確的跳轉(zhuǎn)到ROM_WARM_ADRS地址處開始執(zhí)行。

ROM_SIZE：ROM實(shí)際大小。

RAM_LOW_ADRS：裝載Vxworks的地址。

RAM_HIGH_ADRS：將Boot Rom Image拷貝到RAM的目的地址。

注意：RAM_LOW_ADRS 和 RAM_HIGH_ADRS 都是絕對(duì)地址，通常位于DRAM起始地址的偏移量處，該偏移量取決于CPU結(jié)構(gòu)，這需要參考VxWorks內(nèi)存分布。對(duì)于ARM的內(nèi)存分布請(qǐng)看圖3，從圖3可以看出RAM_LOW_ADRS在DRAM＋0x1000處。這些地址對(duì)于S3C4510B來說都應(yīng)該是重映射后的地址。

（3）修改config.h文件

主要是修改ROM_BASE_ADRS、ROM_TEXT_ADRS、ROM_SIZE、RAM_LOW_ADRS、RAM_HIGH_ADRS和undef掉不需要的部分。注意這些應(yīng)該和makefile文件中設(shè)置的一致。

（4）修改romInit.s文件

CPU一上電就開始執(zhí)行romInit( )函數(shù)，因此在romInit.s代碼段中它必須是第一個(gè)函數(shù)。對(duì)于熱啟動(dòng)，處理器將會(huì)執(zhí)行romInit( )加上4后的代碼（具體參考sysLib.c中的sysToMonitor( )函數(shù)）。更多的硬件初始化在sysLib.c中sysHwInit( )函數(shù)中，romInit( )的工作就是做較少的初始化并把控制權(quán)交給romStart( )（在bootInit.c文件）。

在S3C4510B處理器中，romInit.s文件主要做了以下幾個(gè)工作：

① 禁止CPU中斷并切換到SVC32模式；

② 禁止中斷控制器；

③ 初始化SYSCFG、EXTDBWTH、ROMCON0、ROMCON1、DRAMCON0等寄存器，同時(shí)初始化了FLASH、SDRAM、DM9008等外圍設(shè)備；

④ 將FLASH的內(nèi)容拷貝到SDRAM中；

⑤ 改變FLASH和SDRAM的基地址，將SDRAM基地址改為0；

⑥ 初始化堆棧指針；

⑦ 跳轉(zhuǎn)到C程序romStart( )函數(shù)中。

在這里，只需要修改SYSCFG、EXTDBWTH、ROMCON0、ROMCON1、DRAMCON0等寄存器來設(shè)置FLASH、SDRAM、DM9008的基地址和大小即可。這需要根據(jù)板上的配置來修改，修改的內(nèi)容在wrSbcArm7.h文件中。

BSP基本部分就已經(jīng)修改完成，至于bootInit.c和bootConfig.c文件，我們一般不需要修改它，只是在調(diào)試過程中為了方便調(diào)試，可以將他們拷貝到BSP目錄下，然后修改makefile文件，在makefile文件中添加如下兩句。

BOOTCONFIG = bootConfig.c

BOOTINIT = bootInit.c

（5）利用tsfs（target server file system）下載

要利用tsfs下載VxWorks，首先需要配置以下內(nèi)容：

① 在config.h文件中添加如下內(nèi)容

/* Serial port configuration */

#define INCLUDE_SERIAL

#undef NUM_TTY

#define NUM_TTY N_SIO_CHANNELS

#undef CONSOLE_TTY

#define CONSOLE_TTY 0

#undef CONSOLE_BAUD_RATE

#define CONSOLE_BAUD_RATE 38400

/*** WDB ***/

#ifdef SERIAL_DEBUG

#define WDB_NO_BAUD_AUTO_CONFIG

#undef WDB_COMM_TYPE

#undef WDB_TTY_BAUD

#undef WDB_TTY_CHANNEL

#undef WDB_TTY_DEV_NAME

#define WDB_COMM_TYPE WDB_COMM_SERIAL /* WDB in Serial mode */

#define WDB_TTY_BAUD 38400 /* Baud rate for WDB Connection */

#define WDB_TTY_CHANNEL 1 /* COM PORT #2 */

#define WDB_TTY_DEV_NAME "/tyCo/1" /* default TYCODRV_5_2 device name */

#endif /* SERIAL_DEBUG */

/* tsfs added by caiyang */

#define INCLUDE_TSFS_BOOT

并修改引導(dǎo)行為

#define DEFAULT_BOOT_LINE par "tsfs(0,0)host:vxWorks f=8 h=169.254.72.67 e=169.254.72.68 u=caiyang pw=caiyang"

注：串口1用來顯示引導(dǎo)信息，相當(dāng)于PC機(jī)中的顯示器，串口2用來下載VxWorks和調(diào)試。同時(shí)串口2波特率不能太高，經(jīng)測(cè)試115200好像不行。

② 配置target server

啟動(dòng)Tornado開發(fā)環(huán)境，選擇Tool－>target server菜單。在下拉菜單中選“target server file system”并選中Enable File System，然后目錄指向Vxworks所在的地方。同時(shí)注意要把Tornado Registry打開，這樣配置完后點(diǎn)擊Launch按鈕即可連接成功，此后就可以通過串口2下載VxWorks和調(diào)試。

一般情況下，我們首先調(diào)試好BSP，然后在調(diào)試網(wǎng)卡。所以在調(diào)試網(wǎng)卡前，我們需要用串口來下載VxWorks映像。

至此，我們的BSP就開發(fā)完成。

4 結(jié)論

在沒有調(diào)試BSP的硬件工具如仿真器的時(shí)候，我們只能通過點(diǎn)燈或者串口輸出來定位程序執(zhí)行的正確性。這大大增加了調(diào)試難度和進(jìn)程。對(duì)于BSP開發(fā)，一般需要從一個(gè)模板來修改。BSP開發(fā)的正確性直接影響到VxWorks系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。