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基于VxWorks的bootrom代碼改進(jìn)
摘要：在Wind River公司開發(fā)的VxWorks嵌入式操作系統(tǒng)平臺(tái)上，改進(jìn)交換機(jī)產(chǎn)品bootrom軟件的實(shí)現(xiàn)方式；給出實(shí)現(xiàn)方法和改進(jìn)目的，為BSP開發(fā)人員提供一套全新的bootrom實(shí)現(xiàn)方案。關(guān)鍵詞：VxWorks bootrom BSP makefile
1 問(wèn)題的提出
VxWorks是Wind River公司開發(fā)的一種嵌入式操作系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的功能和友好的用戶界面。VxWorks軟件應(yīng)用非常廣泛，不僅應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、家用電器當(dāng)中，而且還應(yīng)用在航天、導(dǎo)彈等高端領(lǐng)域。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域中，通常利用VxWorks來(lái)開發(fā)bootrom代碼、BSP（Boadr Support Packet）代碼以及上層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議代碼。
通常，Bootrom軟件有以下功能：①通過(guò)串口下載操作系統(tǒng)映像；②通過(guò)串口升級(jí)自身映像；③通過(guò)串口下載系統(tǒng)配置文件、系統(tǒng)信息文件；④加載操作系統(tǒng)映像，使其正常啟動(dòng)；⑤其它的輔助功能，如地址內(nèi)容查看功能、址內(nèi)容修改功能和bootrom菜單顯示信息控制的功能等。對(duì)于通常的bootrom代碼編譯，大多數(shù)用戶選擇使用GNU make的DOS命令來(lái)進(jìn)行。因?yàn)槿绻鸼ootrom不提供網(wǎng)口功能的話，單純的CPU驅(qū)動(dòng)部分代碼量是不大的；但如果提供網(wǎng)口功能的話，代碼量相對(duì)較大，文件之間的內(nèi)在關(guān)系比較復(fù)雜，因此，系統(tǒng)使用GNU make的DOS命令來(lái)編譯生成bootrom就顯得有點(diǎn)麻煩。Makefile文件主要是由“目標(biāo)”（target）、“依賴性”（dependencies）和“動(dòng)作”組成的一系列規(guī)則，而VxWorks提供的GNU make工具就是根據(jù)Makefile指定的規(guī)則來(lái)編譯和鏈接程序的。Makefile基本結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但正確、靈活地運(yùn)用這些規(guī)則并不是那么輕松的事情。即使根據(jù)GNU Makefile規(guī)則書寫出適當(dāng)?shù)腗akefile文件，但隨著代碼的改變，Makefile還需要經(jīng)常修改，這就增加了BSP開發(fā)人員的負(fù)擔(dān)。而且，對(duì)于交換產(chǎn)品而言，其成本控制是非常嚴(yán)格的。對(duì)于存放bootrom軟件的Flash來(lái)說(shuō)，通常要求大小為512KB，這樣就需要考慮到容量的限制。
因此，必須使用新的方法來(lái)簡(jiǎn)化bootrom代碼編譯，而且要在保證提供網(wǎng)口功能的情況下，系統(tǒng)提供的bootrom軟件小于512KB。
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2 實(shí)現(xiàn)方法
2.1 通過(guò)建立工程生成bootrom映像
采用建立工程的方式可以有效地解決這個(gè)問(wèn)題。首先依據(jù)bootrom中的BSP代碼來(lái)新建一個(gè)工程，然后將網(wǎng)中驅(qū)動(dòng)代碼加入到建好的工程中。這樣就可以通過(guò)編譯工程實(shí)現(xiàn)帶有網(wǎng)口下載功能的bootrom軟件。但對(duì)于VxWorks嵌入式系統(tǒng)而言，它有自己一套規(guī)范，求bootrom軟件在加電后必須從romInit（）函數(shù)開始運(yùn)行，而建立工程所得的入口函數(shù)為sysInit()。因此需要增加一個(gè)系統(tǒng)殼代碼，這個(gè)殼代碼所要完成的任務(wù)就是加載bootrom工程的映像，并從romInit（）開始執(zhí)行bootrom代碼。通過(guò)建立工程來(lái)調(diào)試bootrom代碼有以下優(yōu)點(diǎn)。
（1）責(zé)任分明
開發(fā)產(chǎn)品是一個(gè)復(fù)雜的工程，需要多人合作完成。對(duì)于CPU子系統(tǒng)和網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)這兩塊內(nèi)容來(lái)說(shuō)，更需要責(zé)任明確。通過(guò)建立工程來(lái)調(diào)試代碼，可以準(zhǔn)確地定位錯(cuò)誤文件和函數(shù)的位置。是BSP代碼出現(xiàn)問(wèn)題，還是網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)代碼出現(xiàn)問(wèn)題，可以一目了然，做到責(zé)任明確。
（2）提高效率
通過(guò)建立工程可以節(jié)省書寫Makefile文件時(shí)間，并可以讓VxWorks軟件的友好圖形界面這優(yōu)點(diǎn)得到更好的體現(xiàn)。另外，建立工程也可以減少文件編譯排錯(cuò)的難度，方便工程文件的調(diào)試以及功能的驗(yàn)證，從而大大提高工作效率，加快工作進(jìn)度。
2.2 編寫殼代碼并實(shí)現(xiàn)加載
建立工程生成映像文件的入口函數(shù)為sysInit（），而VxWorks規(guī)范中要求系統(tǒng)加電后要從romInit（）函數(shù)開始運(yùn)行。因此，需要設(shè)計(jì)一個(gè)方案來(lái)加載編譯工程得到的映像，而且要具備初始化CPU和SDRAM存儲(chǔ)空間的功能。
首先，系統(tǒng)從romInit（）函數(shù)中開始運(yùn)行，完成CPU和SDRAM初始化，跳轉(zhuǎn)到函數(shù)romStart()運(yùn)行。然后，加載第二份bootrom代碼到系統(tǒng)的低地址處，運(yùn)行殼代碼中的sysInit（）函數(shù)，并調(diào)用自己構(gòu)造的解壓函數(shù)usrInit（），將壓縮后的工程映像文件解壓縮到系統(tǒng)高地址處，之后系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行解壓后的bootrom代碼。此時(shí)，系統(tǒng)開始運(yùn)行sysInit（）函數(shù)，調(diào)用VxWorks系統(tǒng)中的usrInit（）函數(shù)，開始初始化系統(tǒng)硬件、內(nèi)核以及其它外圍設(shè)備。
殼函數(shù)usrInit（）代碼如下：
void usrInit（void）{
volatile FUNCPTR absEntry;
if(inflate((UCHAR*)ROM_OFFSET(_binArrayStart),
(UCHAR *)（RAM_LOW_ADRS），&_binArrayEndbinArrayStart)!=OK)
return;
absEntry=(FUNCPTR)(RAM_LOW_ADRS);
(absEntry)();
}
其中RAM_LOW_ADRS為系統(tǒng)低地址，是操作系統(tǒng)運(yùn)行的起始地址，但bootrom可以利用低地址來(lái)實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)高地址的運(yùn)行。宏ROM_OFFSET用于準(zhǔn)確定位函數(shù)地址，因?yàn)閎ootrom中運(yùn)行的代碼要求以相對(duì)地址方式來(lái)尋址，而不能以絕對(duì)地址方式尋址。_binArrayStart為壓縮后二進(jìn)制代碼的開始符，_binArrayEnd為壓縮后二進(jìn)制代碼的結(jié)束符。Inflate()是VxWorks軟件的解壓縮函數(shù)，用于解壓縮由deflate()壓縮函數(shù)壓縮的二進(jìn)制文件映像。同時(shí)，需要將下述代碼添加到編譯規(guī)則文件rules.vxWorks中的相應(yīng)部分：
$（CC）-c $(CFLAGS)$(BSP_DIR)/unzip.c-o$(BSP_DIR)/unzip.o
$(LD)$(LDFLAGS)-e sysInit -Ttext $(RAM_LOW_ADRS)o
unzip_obj.o sysALib.o $(BSP_DIR)/unzip.o $(LIBS)flex.z.o
其中，unzip.c中包含構(gòu)造的殼函數(shù)usrInit（）。SysInit()為解壓軟件入口函數(shù)。上述語(yǔ)句的功能：第一行完成殼文件的編譯，第二、三行完成殼目標(biāo)代碼與第二份bootrom代碼的鏈接。這樣，一個(gè)具有解壓功能的殼函數(shù)就被鏈接到第二份bootrom映像中了。
圖1、圖2是修改前的系統(tǒng)運(yùn)行方式與修改后系統(tǒng)運(yùn)行方式比較。
通過(guò)這兩種方式的比較可以看出，修改前系統(tǒng)運(yùn)行式與修改后的運(yùn)行方式有下面兩點(diǎn)差異；①第一份bootrom啟動(dòng)后，前者存在解壓縮自射映像的操作，而后者沒(méi)有；②對(duì)于第二份bootrom，前者沒(méi)有殼代碼，而后者有。
2.3 縮減文件長(zhǎng)度
通常第一份bootrom代碼只有兩個(gè)文件，一個(gè)是包含CPU和SDRAM初始化文件romInit.s，另外就是包含romStart()函數(shù)的bootInit.c文件。另外，根據(jù)需要還可以添加提供串口輪詢顯示功能的文件。對(duì)于第一份bootrom代碼，通常只有10KB左右（這是針對(duì)系統(tǒng)修改后的方式），而對(duì)于包含殼函數(shù)代碼的，通過(guò)建立工程并編譯而生成的第二份bootrom比較大，通常為570KB左右。（注意：這幾個(gè)數(shù)值是通過(guò)特定的產(chǎn)品來(lái)得出的結(jié)論，并不應(yīng)用于所有產(chǎn)品，但遇到類似的情況可以借鑒處理。）而其后面的一部分完全是0，可以考慮去掉這些0，但不能影響軟件的功能。經(jīng)過(guò)測(cè)試得出結(jié)論：去掉后面的0對(duì)系統(tǒng)功能和性能沒(méi)有任何影響。
通過(guò)文件的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)兩份bootrom合并，合并后的大小要求小于或等于512KB。如果不采用任何措施，直接將兩個(gè)文件合并起來(lái)要在580KB左右，大于512KB，這是很多系統(tǒng)不能滿足的。第二份bootrom映像的后面部分的內(nèi)容類似表1所列的信息。
表1 bootrom映像部分二進(jìn)制內(nèi)容
從表1可以看出，在地址0x00078233處就是0值了。這樣可以通過(guò)對(duì)文件內(nèi)容的操作將0x00078240后面的內(nèi)容全部剔除，從而可將合并后的bootrom代碼控制在512KB以內(nèi)。當(dāng)然，我們通常會(huì)選擇一個(gè)整數(shù)值進(jìn)行操作，即將0x0007824后的所有值去掉即可。
這樣處理，可以減少維護(hù)和開發(fā)的工作量。如果按照以往的做法，bootrom軟件對(duì)外將有第一份和第二份的區(qū)別，無(wú)論是生產(chǎn)、上層軟件調(diào)試還是開發(fā)，都需要分別對(duì)待，這樣維護(hù)量和開發(fā)量將會(huì)加大。而經(jīng)過(guò)修改后，可把區(qū)別只控制在開發(fā)階段，在線升級(jí)時(shí)，可以按照一個(gè)軟件來(lái)通過(guò)串口或網(wǎng)口來(lái)進(jìn)行升級(jí)。通過(guò)對(duì)bootrom最后生成文件大小的控制，可以簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，加快生產(chǎn)進(jìn)度。
3 小結(jié)
在嵌入式操作系統(tǒng)中進(jìn)行程序開發(fā)，需要經(jīng)常開辟新的思路，以一些簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方式代替復(fù)雜易錯(cuò)的方式。在本次產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中，將bootrom映像生成方式由慣用的GNU make命令行實(shí)現(xiàn)，修改為按照新建工程的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，是一個(gè)相對(duì)好的方法，對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的后續(xù)批量生產(chǎn)、用戶維護(hù)和后續(xù)開發(fā)都奠定了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。
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