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基于LPC2104的VxWorksBSP設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2004-12-11 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
摘要:在新的目標(biāo)板上安裝VxWorks的過(guò)程極具挑戰(zhàn)性。本文較詳細(xì)地介紹的ARM開(kāi)發(fā)板的BSP方法,并給出源代碼。

關(guān)鍵詞:VxWorks BSP ARM

VxWorks是一種商用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)多年來(lái),風(fēng)河公司為用戶提供了一系列廣泛的板級(jí)支持包(BSP)。但是,隨著CPU的發(fā)展,用戶自己的硬件平臺(tái)越來(lái)越多,分散性越來(lái)越大,因此介于硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)之間的BSP的自主設(shè)備也日益緊迫。EasyARM開(kāi)發(fā)板是廣州周立功單片機(jī)有限公司開(kāi)發(fā)的飛利浦型ARM7TDMI芯片的低價(jià)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(shuō)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(kāi)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(xiě)入到Flash中去。下面以Motorola的S2格式為例說(shuō)明格式的轉(zhuǎn)換。

S2的一種實(shí)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(duì)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(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)及奇偶效驗(yàn)對(duì)的總和。最后兩位表示所有十六進(jìn)制數(shù)對(duì)的校驗(yàn)和。最后一條是記錄的結(jié)束標(biāo)志。

Intel 32 bit的一種實(shí)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(kāi)始,10表示記錄對(duì)的個(gè)數(shù),0000表示起始地址的值,最后兩位表示校驗(yàn)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(xiě)格式轉(zhuǎn)換程序就是很簡(jiǎn)單的一件事件。

2 BSP的過(guò)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(kāi)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(jì)。在Tornado集成開(kāi)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(duì)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(duì)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(kāi)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(guò)它可以重新映射到RAM的頭部,即從0x40000000開(kāi)始的32個(gè)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(chǔ)器取指出錯(cuò))
0x0000 0010數(shù)據(jù)中止(數(shù)據(jù)訪問(wèn)存儲(chǔ)器出錯(cuò))
0x0000 0014保留
0x0000 0018IRQ
0x0000 001CFIQ

 *在ARM文檔中標(biāo)識(shí)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。

ARM體系結(jié)構(gòu)的VxWorks的其中四個(gè)異常 入口函數(shù)為:excEnterUndef、ecxEnterSwi、excEnterPrefetchAbort、excEnterDataAbort。直接在對(duì)應(yīng)的位置用B指令跳到對(duì)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(guò)它可以重新映射到RAM的頭部,即從0x40000000開(kāi)始的32個(gè)字節(jié)。

基于ARM體系結(jié)構(gòu)的VxWorks的其中四個(gè)異常入口函數(shù)為:excEnterUndef、excEnterSwi、excEnterPrefetchAbort、excEnterDataAbort。直接在對(duì)應(yīng)的位置用B指令跳到對(duì)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(yǔ)言寫(xiě)的sysClkInt()和sysAuxClkInt(),需要自己保存現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng),代碼為:

_ARM_FUNCTION(TIME0_IRQ_Hander)

_TIME0_IRQ_Hander:

SUB LR,LR,#4 /*計(jì)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(yǔ)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(jì)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(yǔ)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(yǔ)言定義,在文件開(kāi)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(dāng)系統(tǒng)上電時(shí),如果地址0x00000014內(nèi)的數(shù)據(jù)是0xB9205F80,則從Flash的零地址開(kāi)始執(zhí)行,也就是執(zhí)行romInit()函數(shù)。此函數(shù)將啟動(dòng)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(yàn)證此部分程序執(zhí)行情況的最簡(jiǎn)單的一種方法是用匯編寫(xiě)一段點(diǎn)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?cè)O(shè)計(jì)的點(diǎn)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(kāi)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(gè)文件中,主要是在sysHwInit()函數(shù)內(nèi)實(shí)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(shí)器中斷向量的安裝,串口初始化等功能。在串口還沒(méi)有調(diào)通之前,可以借助上面提到的簡(jiǎn)單點(diǎn)燈函數(shù)實(shí)現(xiàn)程序的定位。其用C語(yǔ)言重新定義如下(將它插入本文件的適當(dāng)?shù)刂罚梢灾甘靖鱾€(gè)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(duì)這部分的代碼不作過(guò)多的解釋,請(qǐng)參看代碼注釋。幾個(gè)常量定義如下:

#define Fosc 11059200 /*晶振頻率,10MHz~25MHz應(yīng)與實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)時(shí)鐘和系統(tǒng)輔助時(shí)鐘相關(guān)的函數(shù)。關(guān)于系統(tǒng)時(shí)鐘的各函數(shù)定義如下(系統(tǒng)輔助時(shí)鐘的各函數(shù)與系統(tǒng)時(shí)鐘一樣,只須將T0換成T1即可):

/*SysClkInt(),此函數(shù)每個(gè)時(shí)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(shí)鐘*/

void sysClkDisable(void){

if(sysClkRunning){

/*禁止系統(tǒng)時(shí)鐘中斷*/

VICIntEnClr=0x10;

T0TC=0;

SysClkRunning=FLASE;

}

}

/*sysClkEnable()啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)鐘*/

void sysClkEnable(void){

static BOOL connected=FALSE;

if(!connected){

/*定時(shí)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(jì)

由于EasyARM開(kāi)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(guò)主機(jī)將代碼下載到目標(biāo)機(jī)再執(zhí)行。因此在設(shè)計(jì)應(yīng)用程序時(shí),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(guò)程是:在Tornado2.2集成開(kāi)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(dòng)程序是系統(tǒng)時(shí)鐘,本文詳細(xì)給出了系統(tǒng)時(shí)鐘源代碼,同時(shí)還給出了串口通信的源代碼,使得開(kāi)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(jì)方法。由于BSP的設(shè)計(jì)本身就是一件很具有挑戰(zhàn)性的工作,相信本文對(duì)VxWorks的BSP設(shè)計(jì)得有所幫助。



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