VxWorks LPC2104 BSP ARM

 摘要：在新的目標(biāo)板上安裝VxWorks的過程極具挑戰(zhàn)性。本文較詳細(xì)地介紹基于LPC2104的arm開發(fā)板的BSP設(shè)計方法，并給出源代碼。

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(fēng)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(shè)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(shè)備也日益緊迫。EasyARM開發(fā)板是廣州周立功單片機(jī)有限公司開發(fā)的基于飛利浦LPC2104型arm7TDMI芯片的低價位學(xué)習(xí)板，具有128KB的Flash，16KB的RAM，滿足VxWorks運(yùn)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(biāo)代碼的默認(rèn)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(jìn)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(yīng)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(yīng)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(jìn)制數(shù)對的校驗和。最后一條是記錄的結(jié)束標(biāo)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(biāo)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(shè)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(jī)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(yùn)行，即所謂的ROM Resident Image設(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)的部分，使兩者一樣。

堆棧的分配

堆棧的地址設(shè)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(fù)位

0x0000 0004 未定義指令

0x0000 0008 軟件中斷

0x0000 000C 預(yù)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(biāo)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(yīng)的位置用B指令跳到對應(yīng)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(yīng)的位置用B指令跳到對應(yīng)的函數(shù)中即可。代碼如下：

_arm_FUNCTION(romInit)

_romInit:

cold:

B start /*復(fù)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(fù)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(wù)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(wù)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:[!--empirenews.page--]

STMFD SP!,{R0-R12,LR}

BL FIQ_Exception

LDMFD SP!,{R0-R12,LR}

SUBS PC,LR,#4

當(dāng)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(shè)為SVC32模式，并禁止IRQ和FIR中斷，設(shè)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(shè)計的點燈程序如下。將其放在romInit.s適當(dāng)?shù)奈恢?，可以定位程序的運(yùn)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(jìn)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(shè)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(dāng)?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(yīng)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(yīng)用程序設(shè)計

由于Easyarm開發(fā)板本身資源較少，不可能與PC機(jī)連接成宿主機(jī)一目標(biāo)機(jī)的調(diào)試環(huán)境，通過主機(jī)將代碼下載到目標(biāo)機(jī)再執(zhí)行。因此在設(shè)計應(yīng)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(yùn)行，在PC機(jī)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(rèn)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(xì)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(jī)能正常通信。另外，給出了基于VxWorks的應(yīng)用程序的設(shè)計方法。由于BSP的設(shè)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(shè)計得有所幫助。