基于LPC2104的VxWorksBSP設計

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開發板是廣州周立功單片機有限公司開發的基于飛利浦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集成開發環境下，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，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。

表1 ARM異常向量位置

　*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。

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} /*保存任務環境*/

MRS R3，SPSR /*保存狀態*/

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} /*保存任務環境*/

MRS R3，SPSR /*保存狀態*/

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的零地址開始執行，也就是執行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()執行。驗證此部分程序執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集成開發環境下，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境，通過主機將代碼下載到目標機再執行。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集成開發環境下選取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性的工作，相信本文對VxWorks的BSP設計得有所幫助。