本文介紹了在VxWorks實時操作系統(tǒng)環(huán)境下開發(fā)基于x86CPU目標機的支持PCI2040的板級支持包（BSP）和應用程序，并解決Tornado在調(diào)試過程中不支持常用網(wǎng)卡rtl81x9的問題。 VxWorks操作系統(tǒng)是美國風河（Wind River System）公司開發(fā)的高性能實時操作系統(tǒng)（RTOS）。VxWorks以其良好的可靠性、卓越的實時性和方便的可裁減性被廣泛地應用在通訊、軍事、航空等高端科技以及實時性要求很高地領(lǐng)域中。Tornado是風河公司為VxWorks操作系統(tǒng)推出的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，是交叉開發(fā)環(huán)境中運行在主機上的部分。BSP的開發(fā)工作主要是在Tornado開發(fā)調(diào)試環(huán)境下進行的。 TI公司推出的PCI2040是一款用于實現(xiàn)PCI局部總線與DSP之間無縫鏈接的專用芯片。在VxWorks實時操作系統(tǒng)環(huán)境下實現(xiàn)PC與DSP的通訊，就需要開發(fā)針對目標機x86的板級支持包BSP（Board Support Package）。 1 BSP基本概念 BSP是介于主板硬件和操作系統(tǒng)之間的軟件支持包，是屬于操作系統(tǒng)的一部分。其主要功能是屏蔽硬件，提供操作系統(tǒng)的驅(qū)動和硬件驅(qū)動；主要目的是為了支持操作系統(tǒng)，使之能夠更好的運行于硬件主板。針對不同的目標機的CPU，VxWorks具有不同的BSP。即使對于同一CPU，由于外設的不同（如外部擴展DRAM的大小、類型不同），BSP相應的地方也不一樣。BSP在VxWorks操作系統(tǒng)中的地位如圖1所示。 圖1 BSP在VxWorks中的位置 BSP和PC上的BIOS有很大的區(qū)別，BIOS主要是負責在電腦開啟時檢測、初始化系統(tǒng)設備（設置棧指針，中斷分配，內(nèi)存初始化等）、裝入操作系統(tǒng)并調(diào)度操作. 系統(tǒng)向硬件發(fā)出的指令，把操作系統(tǒng)由硬盤加載到內(nèi)存，并傳遞一些硬件接口設置給系統(tǒng)。在操作系統(tǒng)正常運行后，BIOS的作用基本上也就完成了。PC機BIOS的作用更象嵌入式系統(tǒng)中的Bootloader（最底層的引導軟件,初始化主板的基本設置，為接收外部程序做硬件上的準備）。與Bootloader不同的是BIOS在裝載操作系統(tǒng)的同時，還傳遞一些參數(shù)設置（中斷端口定義等），而Bootloader只是簡單的裝載系統(tǒng)。BSP是和操作系統(tǒng)綁在一起運行在主板上的，BSP的開始部分和BIOS所做的工作類似，但是BSP還包含和系統(tǒng)有關(guān)的基本驅(qū)動（串口，網(wǎng)口等），此外程序員還可以編程修改BSP，在BSP中任意添加一些和系統(tǒng)無關(guān)的驅(qū)動或程序，甚至可以把上層開發(fā)的統(tǒng)統(tǒng)放到BSP中。 2 VxWorks 映象（Image）和啟動過程 2.1 VxWorks映象 VxWorks映象是在Tornado開發(fā)環(huán)境下編譯生 圖2 VxWorks BSP啟動順序 圖3 PCI2040配置空間頭區(qū)域 成的引導程序和VxWorks操作系統(tǒng)。VxWorks映象可大致分為兩類：可引導映象（Bootable Image）和可下載映象（Loadable Image）�？梢龑в诚笥址殖刹获v留ROM的映象（Rom-based Image）和駐留ROM的映象（Rom-resident Image）。不駐留Rom的映象再分成壓縮和不壓縮兩種。 對于x86目標機來說一般采用可下載映象，它通過VxWorks引導映象（VxWorks BootRom Image） 加載到目標機的RAM 中運行。本文采用軟盤來啟動VxWork系統(tǒng)，BootRom一般選擇bootrom_uncmp格式。在主機上插入空白軟盤，拷貝 BSP目錄下編譯好的bootrom_uncmp.bin文件到host\x86-win32\bin目錄下，并在DOS環(huán)境中，在此目錄下用"mkboot a：bootrom_uncmp"命令生成引導盤。將目標機設置成從軟盤啟動，此引導盤將通過事先設定好的某種耦合方式（串口或者網(wǎng)絡）將主機上的VxWorks映象下載到目標機上運行。下載時需要對Tornado2.2上面的Target Server進行配置，并且打開FTP Server。做成獨立系統(tǒng)的時候需將硬盤格式化成FAT16以下格式。并制作一個DOS啟動盤，上面包括運行"mkboot c："命令時所需文件和boot.hex文件。在DOS環(huán)境下，在目標機上運行"mkboot c："，這樣就可以通過硬盤來啟動VxWorks Boot了。修改BSP包中的config.h將其中的啟動方式改成硬盤啟動（ata（0，0）），并將＃undef include_ATA改成＃define include_ATA。重新編譯后啟動目標機，VxWorks映象被下載到硬盤，這樣就做成了硬盤的獨立系統(tǒng)。 BootRom Image和VxWorks Image都對硬件進行初始化，但是內(nèi)容不盡相同。BootRom映象的主要目的是通過網(wǎng)絡或者串口下載VxWorks系統(tǒng)，所以它只是初始化很少的硬件系統(tǒng)如網(wǎng)絡接口、串口來滿足下載VxWorks系統(tǒng)的要求。一旦VxWorks系統(tǒng)下載完畢，這些初始化過的硬件的作用也就完成了。而VxWorks啟動的時候會重新對幾乎所有的硬件設備進行完全的初始化，來滿足VxWorks操作系統(tǒng)運行的需要。 2.2 VxWorks啟動流程 VxWorks Image的運行方式分為在ROM中和在RAM中兩種。兩者啟動順序的區(qū)別是在RAM中運行的VxWorks 要調(diào)用sysInit（）函數(shù)；而在ROM中運行不需要。如圖2 所示，sysInit（）主要是初始化RAM用的，采取RAM運行方式系統(tǒng)將直接跳到RAM的首地址運行VxWorks。如果VxWorks在ROM中運行，生成的映像是Rom-resident Image。其優(yōu)點是節(jié)約RAM空間，缺點是運行速度慢。如果VxWorks在RAM中運行，生成的映像Rom-based Image或Loadable Image。目標機為x86時，VxWorks運行在內(nèi)存中。 3 PCI2040芯片簡介 3.1 PCI2040芯片特點 PCI2040符合PCI局部總線2.2規(guī)范，能夠?qū)崿F(xiàn)PCI 局部總線與TMS320C54X（或TMS320C6X）的HPI（Host Port Interface）接口的無縫鏈接。一片PCI2040可以同時與4片DSP的HPI接口相連。PCI2040還提供了一個16位的通用總線（General－Purpose Bus）接口（提供JATG的無縫接口），可以兼容3.3V和5V信號環(huán)境。 3.2 PCI2040與TMS320VC5409連接 系統(tǒng)利用PCI2040實現(xiàn)TMS320VC5409與PC機的通訊。由于PCI2040是TI的配套專用芯片，硬件級的連接比較簡單，將對應的引腳連接即可。需要注意的是，未用的輸入信號線需要通過上拉電阻上拉至有效邏輯電平。TMS320VC5409將得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，通過PCI2040傳輸?shù)絇C機的PCI局部總線，數(shù)據(jù)在PC機上得到進一步的處理，并顯示在屏幕上。 3.3 PCI2040配置空間 定義一個PCI總線配置空間的目的在于提供一套適當?shù)呐渲么胧�，使之實現(xiàn)完全的設備再定位；無需用戶干預安裝、配置和引導；并由與設備無關(guān)的軟件進行系統(tǒng)地址映射。在系統(tǒng)上電時，操作系統(tǒng)將PCI配置空間映射到PC的內(nèi)存中，操作系統(tǒng)通過對內(nèi)存相應位置的讀寫來實現(xiàn)對PCI配置空間的訪問。PCI總線的一個物理設備可能包含一個或多個PCI功能設備，也稱邏輯設備。每個PCI功能設備都有64個配置雙字用于實現(xiàn)配置寄存器。PCI協(xié)議定義了開頭16個雙字的格式和用途，稱為設備的配置頭區(qū)域，其他48個雙字的用途與設備有關(guān)。圖3是PCI2040配置空間頭區(qū)域結(jié)構(gòu)。其中在基地址寄存器中HPI CSR memory base address表示將PCI2040中的HPI CSR寄存器映射到存儲器空間的基地址，Control space base address表示將PCI2040中的32K字節(jié)的控制空間映射到存儲器空間的基地址。數(shù)據(jù)的傳輸是在后者區(qū)域內(nèi)進行的。 4 基于PCI2040的BSP開發(fā) BSP一定要按照某種CPU的BSP定義形式來編寫，大多數(shù)情況下是在某一個成型的BSP模板上進行修改。本文所使用的開發(fā)編譯環(huán)境是Tornado2.2/VxWorks5.5，目標機CPU是x86系統(tǒng)中的Pentium3。在Tornado2.2中，其對應的BSP位于Tornado2.2\target\config\pcPentium3文件夾下。 4.1 realtek81x9網(wǎng)卡驅(qū)動在BSP中的配置 本系統(tǒng)采用網(wǎng)絡接口的方法從主機上下載VxWorks系統(tǒng)到目標機上。Tornado2.2本身對網(wǎng)卡類型的支持并不包括常用的realtek（瑞昱）網(wǎng)卡，需要在相應的BSP包中增加對realtek81x9網(wǎng)卡驅(qū)動的支持，使得VxWorks系統(tǒng)能夠被目標機上的realtek81x9網(wǎng)卡下載。Realtek公司提供面向Tornado2.2的realtek81x9網(wǎng)卡驅(qū)動，其中包括6個文件。將其中的sysNet.c、sysRtl91x9End.c、config.h、configNet.h四個文件拷貝到Torna-do2.2\target\config\pcPentium3目錄下，替換原來的同名文件和增加文件；將rtl81x9.c文件拷貝到Tornado2.2\target\src\drv\end\unsupported目錄下；將rtl81x9.h文件拷貝到Tornado2.0\ta-rget\h\drv\end\unsupported目錄下。創(chuàng)建一個downloadable工程文件，選擇pcPentium3參數(shù)，將拷貝到unsupported目錄下的rtl81x9.c文件加入到工程中，并設置編譯參數(shù)，這樣編譯產(chǎn)生的BootRom映象便可以支持realtek81x9網(wǎng)卡從主機上把VxWorks系統(tǒng)下載到目標機上運行。 4.2 BSP中增加對PCI2040的驅(qū)動支持 在Tornado2.0\target\configpcPentium3BSP目錄下編寫pci2040Drv.c和sysPci2040.c兩個文件。前者負責尋找和初始化PCI設備，后者按照PCI配置空間中的基址寄存器的值在VxWorks操作系統(tǒng)中映射和分配空間。 在pci2040Drv.c文件中首先定義一個結(jié)構(gòu)體用來記錄尋找到的PCI2040信息�？梢匀缦露x： typedef struct pci2040Dev ｛ DEV_HDR devHdr； int BusNo； int DeviceNo； int FuncNo； ULONG membase0；ULONG membase1；unsigned char irq；int irqvec； ｝ PCI2040_DEV； 接下來使用pciFindDevice（）函數(shù)根據(jù)給定的PCI2040的Vendor ID（0x104C）和Device ID（0xAC60）來尋找設備。接下來可以用 pciConfig-InLong（）函數(shù)來查看PCI2040的配置空間，并且最好使用pciHeaderShow（）函數(shù)打印出所查看到的值來確認設備是否被找到。然后調(diào)用iosDrvInstall（）函數(shù)將各種I/O服務與我們編寫的驅(qū)動服務例程掛接起來，并將驅(qū)動賦值后加到驅(qū)動列表中。接下來編寫pci2040DevCreate（）服務例程來創(chuàng)建PCI2040驅(qū)動，這里可以對PCI2040的各個寄存器定位和初始化。例如，以下語句就是對DSP上的HPID寄存器的定位： pDspHpiDatawaRegister=pci2040Dev[0].membase1 + 0x800； 在這個文件里可以編寫讀、寫服務例程和中斷服務例程，也可以將這三者放到應用程序里面編寫。 在sysPci2040.c函數(shù)中應用sysMmuMapAdd（）函數(shù)來進行地址映射，將VxWorks操作系統(tǒng)能夠管理的內(nèi)存與PCI2040和DSP上面的寄存器相互對應起來，并定義一個PCI橋結(jié)構(gòu)記錄PCI2040的信息，以提供給系統(tǒng)辨識。 除了這兩個函數(shù)的編寫以外，還需要對BSP中的一些文件設置進行修改。如在文件config.h中加入語句 #define INCLUDE_PCI （添加PCI模塊），在文件sysLib.c中加入語句# include "sysBrdg.c"（支持PCI橋設備）等。 4.2 編寫應用程序和編譯操作系統(tǒng) 在建立的downloadable工程文件中編寫usrAppInit.c應用程序。其主要是調(diào)用BSP中編寫的函數(shù)來完成數(shù)據(jù)的傳輸、處理和對中斷的響應。例如，中斷服務例程如下： void pci2040Isr（） ｛ 。。。 tempChar=＊（pRegister+0x4）； if（（tempChar&0x1）�。�0） ｛ ＊（pRegister+0x4）=0x1； tempV= ＊（pDspRegister）； ＊（pDspRegister）＝tempV｜0x0808； Printf（"Interrupt happened !!!\n"）； semGive（semForInt）； ｝ ｝ 其中if（（tempChar&0x1）�。�0）語句用來判斷HPI CSR寄存器中的中斷位是否被置1。如果被置1的話表示有中斷發(fā)生，用＊（pRegister+ 0x4）=0x1語句清除中斷，并用＊（pDspRe-gister）＝tempV｜0x0808語句清除HPIC中DSP對PC的置位，并設置旗語semForInt，以便調(diào)用中斷來進行數(shù)據(jù)傳輸和處理。 在Tornado環(huán)境下對工程進行編譯，完畢后在BSP目錄下將生成VxWorks文件（沒有后綴名），這個文件也就是要下載到目標機上運行的VxWorks映象。 5 總結(jié) VxWorks實時操作系統(tǒng)采用開放標準，使開發(fā)者在進行系統(tǒng)優(yōu)化的時候具有更高的效率；并且引入了基于MMU的內(nèi)存保護技術(shù)，使系統(tǒng)可靠性顯著提高。PCI局部總線是目前PC和工控機上的總線標準，其帶寬可以滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰�。開發(fā)VxWorks系統(tǒng)下的PCI驅(qū)動程序，可以滿足各個系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)傳輸速度增長的需求。對本文相應地方進行修改便能開發(fā)針對不同PCI橋接芯片的BSP包。