基于ARM7核处理器VxWorks系统BSP设计

摘要：该文主要介绍了SAMSUNG公司的基于ARM7TDMI核S3C4510B微处理器，并详细介绍了利用该处理器所设计的嵌入式系统以及VxWorks操作系统下BSP（Board Supported Package）的开发。 关键词：ARM7TDMI S3C4510B VxWorks BSP 1 介绍 S3C4510B是三星公司推出的针对嵌入式应用的16/32 位嵌入式处理器，该微控制器专为以太网通信系统的集线器和路由器而设计，具有低成本和高性能的特点, S3C4510B中内置了ARM公司设计的16/32位ARM7TDMI处理器, 可以执行32位的ARM指令，也可执行16位的THUMB指令, 并集成了多种外围部件，主要有： ● 时钟频率50MHz ● 内核/IO电压3.3V ● 8KB的Cache/SRAM ● 一个10/100Mbps 以太网控制器，MII接口 ● 两个HDLC通道，每个通道可支持10Mbps ● 两个UART通道 ● 两个DMA通道 ● 两个32位定时/计数器 ● 18个可编程I/O口 ● 中断控制器，支持21个中断源，包括4个外部中断 ● 支持SDRAM，EDO DRAM，SRAM，Flash等 ● 具有扩展外部总线 ● JTAG接口，支持软件开发 ，硬件调试 S3C4510B支持目前常用的嵌入式操作系统，如VxWorks、pSoS、ucLinux等，本文将主要介绍VxWorks操作系统下的软件开发。 ARM7TDMI是ARM家族通用的一款32位微处理器，它主要为用户提供了高性能、低价格解决方案。 ARM7TDMI具有三级流水线的32位RISC处理器，处理器结构为冯%26;#183;诺依曼Load/Store。该CPU具有两种指令集，即ARM和Thumb指令集。ARM指令集是32位，它可以利用CPU最大性能；而Thumb指令集则是16位指令集。 ARM7TDMI内核方块图如图1所示。 2 系统硬件图 该系统主要以S3C4510B为核心，外围集成了以太网卡、SDRAM、FLASH、UART以及HDLC等。图2是以S3C4510B为核心的最小系统设计图。 SDRAM选用HY57V653220（8Mbyte）、两片FLASH分别为AM29F040（存放bootrom）和T28F160BT（作为文件系统用）。 3 VxWorks操作系统下BSP构建 在完成板上基本硬件的测试后，下面我就开始对vxWorks操作系统下BSP进行开发，开发前需要做一些准备工作，如准备开发工具等。 ① 开发工具用的是Tornado2.2 for ARM； ② 参考资料有BSP Kit、S3C4510B DataSheet； ③ 参考Tornado2.2 for ARM下自带的wrSBCArm7 BSP； ④ 烧写程序采用编程器。 通常在开发BSP的时候，我们需要在Tornado原带BSP目录下找一个与我们所用的处理器相同或相近。与BSP相关的文件有：romInit.s、sysAlib.s、bootInit.c、bootConfig.c、sysLib.c、config.h、configNet.h、makefile以及与我们硬件相关的，如串口sysSerial.c等。由于篇幅所限，具体的文件作用在此就不说了。下面主要根据S3C4510B来阐述一下BSP开发步骤。 （1）拷贝BSP 将wrSBCArm7 BSP拷贝一份并命名为4510BSP，接下来的工作就是修改该目录下的文件，从而得到自己的BSP。 （2）修改MakeFile文件 修改4510BSP目录下的makefile文件，修改如下几行： TARGET_DIR = 4510BSP # changed by caiyang VENDOR = CAI # changed by caiyang BOARD = MyArmBoard # changed by caiyang ROM_TEXT_ADRS = 01000000 # ROM entry address ROM_WARM_ADRS = 01000004 # ROM warm entry address ROM_SIZE = 00080000 # number of bytes of ROM space RAM_LOW_ADRS = 00006000 # RAM text/data address (bootrom) RAM_HIGH_ADRS = 00486000 # RAM text/data address (bootrom) MACH_EXTRA = 注解：ROM_TEXT_ADRS：BOOT ROM的入口地址。对大多数板来说，这就是ROM地址区的首地址，然而也有的硬件配置使用ROM起始的一部分地址区作为复位向量，因此需要根据此设置偏移量作为它的地址。这个偏移量因CPU结构而定。 ROM_WARM_ADRS：BOOT ROM热启动入口地址。它通常位于固定的ROM_TEXT_ADRS＋4的地方。当需要热启动时，sysLib.c文件中sysToMonitor( )函数代码明确的跳转到ROM_WARM_ADRS地址处开始执行。 ROM_SIZE：ROM实际大小。 RAM_LOW_ADRS：装载Vxworks的地址。 RAM_HIGH_ADRS：将Boot Rom Image拷贝到RAM的目的地址。 注意：RAM_LOW_ADRS 和 RAM_HIGH_ADRS 都是绝对地址，通常位于DRAM起始地址的偏移量处，该偏移量取决于CPU结构，这需要参考VxWorks内存分布。对于ARM的内存分布请看图3，从图3可以看出RAM_LOW_ADRS在DRAM＋0x1000处。这些地址对于S3C4510B来说都应该是重映射后的地址。 （3）修改config.h文件 主要是修改ROM_BASE_ADRS、ROM_TEXT_ADRS、ROM_SIZE、RAM_LOW_ADRS、RAM_HIGH_ADRS和undef掉不需要的部分。注意这些应该和makefile文件中设置的一致。 （4）修改romInit.s文件 CPU一上电就开始执行romInit( )函数，因此在romInit.s代码段中它必须是第一个函数。对于热启动，处理器将会执行romInit( )加上4后的代码（具体参考sysLib.c中的sysToMonitor( )函数）。更多的硬件初始化在sysLib.c中sysHwInit( )函数中，romInit( )的工作就是做较少的初始化并把控制权交给romStart( )（在bootInit.c文件）。 在S3C4510B处理器中，romInit.s文件主要做了以下几个工作： ① 禁止CPU中断并切换到SVC32模式； ② 禁止中断控制器； ③ 初始化SYSCFG、EXTDBWTH、ROMCON0、ROMCON1、DRAMCON0等寄存器，同时初始化了FLASH、SDRAM、DM9008等外围设备； ④ 将FLASH的内容拷贝到SDRAM中； ⑤ 改变FLASH和SDRAM的基地址，将SDRAM基地址改为0； ⑥ 初始化堆栈指针； ⑦ 跳转到C程序romStart( )函数中。 在这里，只需要修改SYSCFG、EXTDBWTH、ROMCON0、ROMCON1、DRAMCON0等寄存器来设置FLASH、SDRAM、DM9008的基地址和大小即可。这需要根据板上的配置来修改，修改的内容在wrSbcArm7.h文件中。 BSP基本部分就已经修改完成，至于bootInit.c和bootConfig.c文件，我们一般不需要修改它，只是在调试过程中为了方便调试，可以将他们拷贝到BSP目录下，然后修改makefile文件，在makefile文件中添加如下两句。 BOOTCONFIG = bootConfig.c BOOTINIT = bootInit.c （5）利用tsfs（target server file system）下载 要利用tsfs下载VxWorks，首先需要配置以下内容： ① 在config.h文件中添加如下内容 /* Serial port configuration */ #define INCLUDE_SERIAL #undef NUM_TTY #define NUM_TTY N_SIO_CHANNELS #undef CONSOLE_TTY #define CONSOLE_TTY 0 #undef CONSOLE_BAUD_RATE #define CONSOLE_BAUD_RATE 38400 /*** WDB ***/ #ifdef SERIAL_DEBUG #define WDB_NO_BAUD_AUTO_CONFIG #undef WDB_COMM_TYPE #undef WDB_TTY_BAUD #undef WDB_TTY_CHANNEL #undef WDB_TTY_DEV_NAME #define WDB_COMM_TYPE WDB_COMM_SERIAL /* WDB in Serial mode */ #define WDB_TTY_BAUD 38400 /* Baud rate for WDB Connection */ #define WDB_TTY_CHANNEL 1 /* COM PORT #2 */ #define WDB_TTY_DEV_NAME "/tyCo/1" /* default TYCODRV_5_2 device name */ #endif /* SERIAL_DEBUG */ /* tsfs added by caiyang */ #define INCLUDE_TSFS_BOOT 并修改引导行为 #define DEFAULT_BOOT_LINE par "tsfs(0,0)host:vxWorks f=8 h=169.254.72.67 e=169.254.72.68 u=caiyang pw=caiyang" 注：串口1用来显示引导信息，相当于PC机中的显示器，串口2用来下载VxWorks和调试。同时串口2波特率不能太高，经测试115200好像不行。 ② 配置target server 启动Tornado开发环境，选择Tool－>target server菜单。在下拉菜单中选“target server file system”并选中Enable File System，然后目录指向Vxworks所在的地方。同时注意要把Tornado Registry打开，这样配置完后点击Launch按钮即可连接成功，此后就可以通过串口2下载VxWorks和调试。 一般情况下，我们首先调试好BSP，然后在调试网卡。所以在调试网卡前，我们需要用串口来下载VxWorks映像。 至此，我们的BSP就开发完成。 4 结论 在没有调试BSP的硬件工具如仿真器的时候，我们只能通过点灯或者串口输出来定位程序执行的正确性。这大大增加了调试难度和进程。对于BSP开发，一般需要从一个模板来修改。BSP开发的正确性直接影响到VxWorks系统运行的稳定性。