基于VxWorks的產(chǎn)品映象設(shè)計(jì)
[導(dǎo)讀]基于VxWorks的產(chǎn)品映象設(shè)計(jì)
摘 要： 本文分析了VxWorks的映象特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了幾種VxWorks下產(chǎn)品映象的構(gòu)造方案，并指出了這些構(gòu)造設(shè)計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)合。
關(guān)鍵詞： VxWorks；映象；啟動(dòng)代碼
VxWorks是目前占?jí)艛嗟匚坏膶?shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在許多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，但其產(chǎn)品映象設(shè)計(jì)卻一直是令設(shè)計(jì)工程師頭疼的問(wèn)題。本文在實(shí)踐驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，討論了基于VxWorks操作系統(tǒng)上的產(chǎn)品映象設(shè)計(jì)技術(shù)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
VxWorks的映象分析
VxWorks映象內(nèi)容包括：代碼段(Text segment)、數(shù)據(jù)段(Data Segment)和符號(hào)起始?jí)K段(BSS Segment)。其中，代碼段指可執(zhí)行的指令集合；數(shù)據(jù)段指已經(jīng)初始化的全局和靜態(tài)變量；符號(hào)起始?jí)K段是未初始化的全局和靜態(tài)變量，ANSI C/C++中要求這些變量初始化為零。
VxWorks映象按類型分為：可下載的映象(Loadable images)、基于ROM的映象(ROM-based images)和ROM駐留映象(ROM-Resident images)三種。Loadable images一般用于調(diào)試，ROM或Flash中的啟動(dòng)代碼BSP打通調(diào)試通道后，將其從PC機(jī)上裝入RAM運(yùn)行。ROM-based images整個(gè)映象在ROM或Flash中，由BSP從ROM或Flash中裝載整個(gè)映象到RAM中運(yùn)行，并分為壓縮和非壓縮方式。ROM-resident images則只拷貝VxWorks的data和bss部分到RAM中運(yùn)行，運(yùn)行效率低。
基于VxWorks的產(chǎn)品映象設(shè)計(jì)
本文bootable VxWorks映象即為ROM-based images，downloadable應(yīng)用模塊對(duì)應(yīng)Loadable images。VxWorks最終產(chǎn)品映象一般燒錄在Flash中，但由于Flash容量有限，并且為了動(dòng)態(tài)更換程序方便，有時(shí)需要使用兩片F(xiàn)lash。其中，第一片小容量的Flash僅作為啟動(dòng)和下載程序功能，采用插件式，以便替換；第二片大容量的Flash存放用戶應(yīng)用代碼，多采用貼片方式。具體VxWorks的產(chǎn)品映象構(gòu)造可使用以下四種技術(shù)方案。
方案一
Flash中存放BOOT+OS+ APPLICATION代碼(Tornado圖形環(huán)境下選項(xiàng)為bootable映象，rules=VxWorks_rom)。
在Flash中的 BOOT啟動(dòng)后，就將OS裝入RAM，跳到OS入口點(diǎn)，OS執(zhí)行，并由OS最終調(diào)起用戶應(yīng)用程序。這種設(shè)計(jì)最為簡(jiǎn)潔，只需一片F(xiàn)lash裝載程序。缺點(diǎn)是，采用插件Flash容量很小，僅適合程序不大的場(chǎng)合；而采用貼片方式的Flash，則有一個(gè)頭疼的程序燒寫問(wèn)題。
方案二
第一片小容量Flash放BOOT代碼；第二片大容量的Flash放OS+APPLICATION代碼(Tornado圖形環(huán)境下選項(xiàng)為bootable映象，rules=VxWorks)。
由VxWorks的Loadable images啟動(dòng)過(guò)程可知，第一片F(xiàn)lash會(huì)將BOOT code拷貝到RAM_HIGH_ADRS為起址的RAM空間，BOOT code則將OS拷貝到RAM_LOW_ADRS為起址的RAM空間，并跳到OS入口點(diǎn)，即RAM_LOW_ADRS執(zhí)行。所以這種方法是在第一片F(xiàn)lash啟動(dòng)后，接著將第二片F(xiàn)lash中保存的OS+APPLICATION映象拷貝到RAM的RAM_LOW_ADRS ~ RAM_HIGH_ADRS之間，然后跳到RAM中的RAM_LOW_ADRS地址處即OS入口點(diǎn)執(zhí)行。
方案三
第一片小容量Flash放BOOT代碼；第二片大容量的Flash放BOOT+OS+APPLICATION(Tornado圖形環(huán)境下選項(xiàng)為bootable映象，rules=VxWorks_rom)。
第一片BOOT啟動(dòng)后，其代碼執(zhí)行的最后一句跳至第二片F(xiàn)lash的啟動(dòng)代碼romInit()處執(zhí)行。第一片F(xiàn)lash代碼用來(lái)將程序下載到第二片F(xiàn)lash中，正常情況下則是簡(jiǎn)單地啟動(dòng)第二片F(xiàn)lash中已有的程序。在做第二片F(xiàn)lash中的BOOT+OS+APPLICATION映象時(shí)，需要將BSP中config.h文件的ROM_BASE_ADRS參數(shù)修改為第二片F(xiàn)lash的基址，表示基于第二片F(xiàn)lash啟動(dòng)運(yùn)行。這里第二片F(xiàn)lash執(zhí)行并不等同復(fù)位CPU，只是又執(zhí)行了一次與第一片F(xiàn)lash中上電復(fù)位后內(nèi)容類似的初始化代碼并新啟動(dòng)了一個(gè)OS，這個(gè)OS重新接管了SDRAM以及CPU的所有寄存器等，而第一片F(xiàn)lash中代碼不再執(zhí)行。
下面提供一種方法，通過(guò)第一片F(xiàn)lash中的代碼，可以將遠(yuǎn)程PC機(jī)上編譯好的二進(jìn)制可執(zhí)行文件 rom.bin(含有BOOT+OS+APPLICATION)ftp到第二片F(xiàn)lash：
/*(1)將PC ftp Server上的二進(jìn)制可執(zhí)行文件rom.bin(含有BOOT+OS+APPLICATION)ftp到target的SDRAM緩沖區(qū)buf中*/
if (ftpXfer ("server", "fred", "magic", "", "RETR %s", "/usr/appl", "rom.bin",
&ctrlSock, &dataSock) == ERROR)
return (ERROR);
while ((nBytes = read (dataSock, buf, 5*1024)) > 0)
{
buf = buf + nBytes;
TotalNum = TotalNum + nBytes;
}
close (dataSock);
if (ftpReplyGet (ctrlSock, TRUE) != FTP_COMPLETE)
status = ERROR;
if (ftpCommand (ctrlSock, "QUIT", 0, 0, 0, 0, 0, 0) != FTP_COMPLETE)
status = ERROR;
close (ctrlSock);
/*(2)將ftp到SDRAM中的內(nèi)容寫入第二片F(xiàn)lash中*/
writeFlash2(buf-TotalNum,FLASH2BASE,TotalNum);
/*(3)第一片F(xiàn)lash執(zhí)行的最后一行代碼是跳轉(zhuǎn)到第二片F(xiàn)lash中第一條語(yǔ)句執(zhí)行*/
FUNCPTR entry = (FUNCPTR)(FLASH2BASE+0x100);
go (entry);
方案四
第一片小容量Flash放BOOT+OS+LOADER代碼(Tornado圖形環(huán)境下選項(xiàng)為bootable映象，rules=VxWorks_rom)；第二片大容量Flash放APPLICATION(Tornado圖形環(huán)境下選項(xiàng)為downloadable應(yīng)用模塊且可重定位，rules=objects)，此片F(xiàn)lash必須有文件系統(tǒng)。
第一片F(xiàn)lash中是一個(gè)完整的產(chǎn)品映象，等同于BOOT+OS+APPLICATION，LOADER就是一個(gè)簡(jiǎn)單的APPLICATION，利用VxWorks提供給用戶的目標(biāo)模塊加載器loadlib來(lái)完成LOADER功能。在第一片F(xiàn)lash啟動(dòng)運(yùn)行到LOADER時(shí)，由LOADER的loadModule()函數(shù)將第二片F(xiàn)lash的APPLICATION文件動(dòng)態(tài)加載入RAM，并與OS連接為可直接執(zhí)行的映象，然后用symFindByName()找到應(yīng)用代碼文件appl.o中用戶應(yīng)用入口點(diǎn)"ApplEntry"，最后跳到應(yīng)用入口函數(shù)執(zhí)行。
第一片F(xiàn)lash中的LOADER代碼如下：
FUNCPTR StartEntry；
fd = open ("/Flash2/appl.o", O_RDONLY,0)；
loadModule(fd, LOAD_ALL_SYMBOLS)；
symFindByName(sysSymTbl,“ApplEntry”，(char **)&StartEntry，&Type)；
(*StartEntry)( )；
其中，(1)loadModule(int fd,int loadFlag)函數(shù)從指定的文件fd中裝載目標(biāo)模塊，并將Text、Data、BSS段放入目標(biāo)內(nèi)存池中；(2)SymFindByName(SYMTAB_ID symTblId, char* name, char** pValue, SYM_TYPE* pType)從符號(hào)表中搜尋與指定符號(hào)名匹配的符號(hào)，并將值考入pValue和pType中。
VxWorks產(chǎn)品映象設(shè)計(jì)方案比較
以上方案中，第一種設(shè)計(jì)只適合代碼小的產(chǎn)品映象；第二、三、四種適合大容量代碼的映象設(shè)計(jì)。第二種設(shè)計(jì)啟動(dòng)最快，但用戶可修改性差，不靈活。第三種設(shè)計(jì)啟動(dòng)兩次，速度慢，但可以做到動(dòng)態(tài)遠(yuǎn)程更新包括BSP在內(nèi)的整個(gè)第二片F(xiàn)lash中的映象。第四種必須在第二片F(xiàn)lash中有閃存文件系統(tǒng)TrueFFS，appl.o以文件形式存放其中，此設(shè)計(jì)最為復(fù)雜，但在增加遠(yuǎn)程程序下載更新功能方面十分方便。以上映象構(gòu)造方案在實(shí)際中都得到成功驗(yàn)證，應(yīng)用設(shè)計(jì)人員可以按照實(shí)際要求靈活選擇。
參考文獻(xiàn)
1 VxWorks Programmer’s Guide,5.4[M].WindRiver ,Inc．
2 Tornado User’s Guide,2.0[M].WindRiver ,Inc．
3 孔祥營(yíng)，柏桂枝．嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks及其開(kāi)發(fā)環(huán)境Tornado[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2002.
關(guān)鍵詞： VxWorks；映象；啟動(dòng)代碼
VxWorks是目前占?jí)艛嗟匚坏膶?shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在許多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，但其產(chǎn)品映象設(shè)計(jì)卻一直是令設(shè)計(jì)工程師頭疼的問(wèn)題。本文在實(shí)踐驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，討論了基于VxWorks操作系統(tǒng)上的產(chǎn)品映象設(shè)計(jì)技術(shù)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
VxWorks的映象分析
VxWorks映象內(nèi)容包括：代碼段(Text segment)、數(shù)據(jù)段(Data Segment)和符號(hào)起始?jí)K段(BSS Segment)。其中，代碼段指可執(zhí)行的指令集合；數(shù)據(jù)段指已經(jīng)初始化的全局和靜態(tài)變量；符號(hào)起始?jí)K段是未初始化的全局和靜態(tài)變量，ANSI C/C++中要求這些變量初始化為零。
VxWorks映象按類型分為：可下載的映象(Loadable images)、基于ROM的映象(ROM-based images)和ROM駐留映象(ROM-Resident images)三種。Loadable images一般用于調(diào)試，ROM或Flash中的啟動(dòng)代碼BSP打通調(diào)試通道后，將其從PC機(jī)上裝入RAM運(yùn)行。ROM-based images整個(gè)映象在ROM或Flash中，由BSP從ROM或Flash中裝載整個(gè)映象到RAM中運(yùn)行，并分為壓縮和非壓縮方式。ROM-resident images則只拷貝VxWorks的data和bss部分到RAM中運(yùn)行，運(yùn)行效率低。
基于VxWorks的產(chǎn)品映象設(shè)計(jì)
本文bootable VxWorks映象即為ROM-based images，downloadable應(yīng)用模塊對(duì)應(yīng)Loadable images。VxWorks最終產(chǎn)品映象一般燒錄在Flash中，但由于Flash容量有限，并且為了動(dòng)態(tài)更換程序方便，有時(shí)需要使用兩片F(xiàn)lash。其中，第一片小容量的Flash僅作為啟動(dòng)和下載程序功能，采用插件式，以便替換；第二片大容量的Flash存放用戶應(yīng)用代碼，多采用貼片方式。具體VxWorks的產(chǎn)品映象構(gòu)造可使用以下四種技術(shù)方案。
方案一
Flash中存放BOOT+OS+ APPLICATION代碼(Tornado圖形環(huán)境下選項(xiàng)為bootable映象，rules=VxWorks_rom)。
在Flash中的 BOOT啟動(dòng)后，就將OS裝入RAM，跳到OS入口點(diǎn)，OS執(zhí)行，并由OS最終調(diào)起用戶應(yīng)用程序。這種設(shè)計(jì)最為簡(jiǎn)潔，只需一片F(xiàn)lash裝載程序。缺點(diǎn)是，采用插件Flash容量很小，僅適合程序不大的場(chǎng)合；而采用貼片方式的Flash，則有一個(gè)頭疼的程序燒寫問(wèn)題。
方案二
第一片小容量Flash放BOOT代碼；第二片大容量的Flash放OS+APPLICATION代碼(Tornado圖形環(huán)境下選項(xiàng)為bootable映象，rules=VxWorks)。
由VxWorks的Loadable images啟動(dòng)過(guò)程可知，第一片F(xiàn)lash會(huì)將BOOT code拷貝到RAM_HIGH_ADRS為起址的RAM空間，BOOT code則將OS拷貝到RAM_LOW_ADRS為起址的RAM空間，并跳到OS入口點(diǎn)，即RAM_LOW_ADRS執(zhí)行。所以這種方法是在第一片F(xiàn)lash啟動(dòng)后，接著將第二片F(xiàn)lash中保存的OS+APPLICATION映象拷貝到RAM的RAM_LOW_ADRS ~ RAM_HIGH_ADRS之間，然后跳到RAM中的RAM_LOW_ADRS地址處即OS入口點(diǎn)執(zhí)行。
方案三
第一片小容量Flash放BOOT代碼；第二片大容量的Flash放BOOT+OS+APPLICATION(Tornado圖形環(huán)境下選項(xiàng)為bootable映象，rules=VxWorks_rom)。
第一片BOOT啟動(dòng)后，其代碼執(zhí)行的最后一句跳至第二片F(xiàn)lash的啟動(dòng)代碼romInit()處執(zhí)行。第一片F(xiàn)lash代碼用來(lái)將程序下載到第二片F(xiàn)lash中，正常情況下則是簡(jiǎn)單地啟動(dòng)第二片F(xiàn)lash中已有的程序。在做第二片F(xiàn)lash中的BOOT+OS+APPLICATION映象時(shí)，需要將BSP中config.h文件的ROM_BASE_ADRS參數(shù)修改為第二片F(xiàn)lash的基址，表示基于第二片F(xiàn)lash啟動(dòng)運(yùn)行。這里第二片F(xiàn)lash執(zhí)行并不等同復(fù)位CPU，只是又執(zhí)行了一次與第一片F(xiàn)lash中上電復(fù)位后內(nèi)容類似的初始化代碼并新啟動(dòng)了一個(gè)OS，這個(gè)OS重新接管了SDRAM以及CPU的所有寄存器等，而第一片F(xiàn)lash中代碼不再執(zhí)行。
下面提供一種方法，通過(guò)第一片F(xiàn)lash中的代碼，可以將遠(yuǎn)程PC機(jī)上編譯好的二進(jìn)制可執(zhí)行文件 rom.bin(含有BOOT+OS+APPLICATION)ftp到第二片F(xiàn)lash：
/*(1)將PC ftp Server上的二進(jìn)制可執(zhí)行文件rom.bin(含有BOOT+OS+APPLICATION)ftp到target的SDRAM緩沖區(qū)buf中*/
if (ftpXfer ("server", "fred", "magic", "", "RETR %s", "/usr/appl", "rom.bin",
&ctrlSock, &dataSock) == ERROR)
return (ERROR);
while ((nBytes = read (dataSock, buf, 5*1024)) > 0)
{
buf = buf + nBytes;
TotalNum = TotalNum + nBytes;
}
close (dataSock);
if (ftpReplyGet (ctrlSock, TRUE) != FTP_COMPLETE)
status = ERROR;
if (ftpCommand (ctrlSock, "QUIT", 0, 0, 0, 0, 0, 0) != FTP_COMPLETE)
status = ERROR;
close (ctrlSock);
/*(2)將ftp到SDRAM中的內(nèi)容寫入第二片F(xiàn)lash中*/
writeFlash2(buf-TotalNum,FLASH2BASE,TotalNum);
/*(3)第一片F(xiàn)lash執(zhí)行的最后一行代碼是跳轉(zhuǎn)到第二片F(xiàn)lash中第一條語(yǔ)句執(zhí)行*/
FUNCPTR entry = (FUNCPTR)(FLASH2BASE+0x100);
go (entry);
方案四
第一片小容量Flash放BOOT+OS+LOADER代碼(Tornado圖形環(huán)境下選項(xiàng)為bootable映象，rules=VxWorks_rom)；第二片大容量Flash放APPLICATION(Tornado圖形環(huán)境下選項(xiàng)為downloadable應(yīng)用模塊且可重定位，rules=objects)，此片F(xiàn)lash必須有文件系統(tǒng)。
第一片F(xiàn)lash中是一個(gè)完整的產(chǎn)品映象，等同于BOOT+OS+APPLICATION，LOADER就是一個(gè)簡(jiǎn)單的APPLICATION，利用VxWorks提供給用戶的目標(biāo)模塊加載器loadlib來(lái)完成LOADER功能。在第一片F(xiàn)lash啟動(dòng)運(yùn)行到LOADER時(shí)，由LOADER的loadModule()函數(shù)將第二片F(xiàn)lash的APPLICATION文件動(dòng)態(tài)加載入RAM，并與OS連接為可直接執(zhí)行的映象，然后用symFindByName()找到應(yīng)用代碼文件appl.o中用戶應(yīng)用入口點(diǎn)"ApplEntry"，最后跳到應(yīng)用入口函數(shù)執(zhí)行。
第一片F(xiàn)lash中的LOADER代碼如下：
FUNCPTR StartEntry；
fd = open ("/Flash2/appl.o", O_RDONLY,0)；
loadModule(fd, LOAD_ALL_SYMBOLS)；
symFindByName(sysSymTbl,“ApplEntry”，(char **)&StartEntry，&Type)；
(*StartEntry)( )；
其中，(1)loadModule(int fd,int loadFlag)函數(shù)從指定的文件fd中裝載目標(biāo)模塊，并將Text、Data、BSS段放入目標(biāo)內(nèi)存池中；(2)SymFindByName(SYMTAB_ID symTblId, char* name, char** pValue, SYM_TYPE* pType)從符號(hào)表中搜尋與指定符號(hào)名匹配的符號(hào)，并將值考入pValue和pType中。
VxWorks產(chǎn)品映象設(shè)計(jì)方案比較
以上方案中，第一種設(shè)計(jì)只適合代碼小的產(chǎn)品映象；第二、三、四種適合大容量代碼的映象設(shè)計(jì)。第二種設(shè)計(jì)啟動(dòng)最快，但用戶可修改性差，不靈活。第三種設(shè)計(jì)啟動(dòng)兩次，速度慢，但可以做到動(dòng)態(tài)遠(yuǎn)程更新包括BSP在內(nèi)的整個(gè)第二片F(xiàn)lash中的映象。第四種必須在第二片F(xiàn)lash中有閃存文件系統(tǒng)TrueFFS，appl.o以文件形式存放其中，此設(shè)計(jì)最為復(fù)雜，但在增加遠(yuǎn)程程序下載更新功能方面十分方便。以上映象構(gòu)造方案在實(shí)際中都得到成功驗(yàn)證，應(yīng)用設(shè)計(jì)人員可以按照實(shí)際要求靈活選擇。
參考文獻(xiàn)
1 VxWorks Programmer’s Guide,5.4[M].WindRiver ,Inc．
2 Tornado User’s Guide,2.0[M].WindRiver ,Inc．
3 孔祥營(yíng)，柏桂枝．嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks及其開(kāi)發(fā)環(huán)境Tornado[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2002.
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