Bootrom功能改进经验谈_嵌入式系统论文
关键词：bootrom 嵌入式实时操作系统 ftp
vxworks是美国windriver system公司于1983年设计开发后个运行在目标机上的高性能、可裁减的嵌入式实时操作系统（rtos）。它是一种功能强大而且比较复杂的操作系统，包括了进程管理、存储管理、设备管理、文件系统管理、网络协议及系统应用等几部分。vxworks为程序员提供了高效的实时多任务调度、中断管理、实时的系统资源以及实时的任务间通信。其核心功能主要有微内核、任务间通信机制、网络支持、文件系统和i/o管理、posix标准实时扩展以及c++等其他标准支持。在各种cpu平台上提供了统一的编程接口和一致的运行特性，尽可能地屏蔽不同cpu之间的底层差异。应用程序员可以将尽可能多的精力放在应用程序本身，而不必关心系统资源的管理。vxworks以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精类技术及实时要求极高的领域中，如卫星通信、弹道制导、飞机导航等。
设计师通常利用vxworks开发bootrom代码。bootrom相当于pc机中的bios，它完成对加载过程中所需设备的初始化及驱动；然后，通过某种可选择的通信手段（如网口、串口），将vxworks内核加载。vxworks内核相关于pc机上的操作系统，如linux、windows。此外，bootrom还提供了一些辅助功能，如地址内容查看、地址内容修改和bootrom菜单显示控制等功能。但是，在实际应用中，这些功能不够丰富，便利性不足。本文介绍了几点笔者在工作中行之有效的改进bootrom功能的经验。
1 具备故障保护功能的bootrom的自我在线更新
bootrom一般以二进制文件的方式保存在非易失怀存储介质，例如flash、cf卡、eprom中。通常需要仿无休止器、烧结器或jtag工具等才能将代码烧入这类介质，在实际应用中非常不便。以flash为例介绍如何在线更新bootrom。
首先，为了做到故障保护，防止在更新过程中发生更新文件出错、断电等灾难性故障，bootrom的数据必须在更新之前备份在flash的另一区域。因此，flash中必须存在两片物理区域，暂且命名为pa和pb，每片512kb（假设bootrom文件小于512kb）。两片区域的起始地址可以互换，其中一片区域的起始地址必须为系统的上电启动地址，这个地址因处理器而异，例如，powerpc体系结构的处理器的启动地址一般是0xfff00100，而mips体系结构的处理器的启动地址是0xbfc00000。在逻辑上，以启动地址开始的区域为主boot区，另一片区域为备boot区。
为了实现地址互联换，在cpu模块和flash芯片之间，增加了一片cpld（可编程逻辑器件）和一个跳线或拨号开关，开关信号jp输入到cpld。cpu访问flash的地址信号和片选信号经过cpld进行地址互换，再到flash芯片。如果不跳线（默认情况），jp信号为高，则pa的起始地址为启动地址，pa为主boot区，pb为备boot区；否则，jp信号为低，pb的起始地址为启动地址，pb为主boot区，pa为备boot区。默认情况下，pa为主boot区。如图1。
如果系统中有两片flash芯片，可以不用cpld，选用另一种地址互换方式，如图2。两个二选一逻辑实现两片flash片选信号（cs）的互换，从而实现了地址的互换。
地址互换机制屏蔽了pa和pb实际位置的差别，给底层软件提供了一个统一的接口，带来的好处不言而喻。bootrom数据总线是从主boot区备份到备boot区，系统总是从主boot区启动。
其次，编写flash擦写驱动函数。flash是一种读写非对称器件，读数据与普通器件一样，比较简单；而写必须根据芯片厂商提供的算法，先擦除欲写入数据的区域，以扇区（sector）为单位，然后写入数据。函数flashupdate(char *sourceaddr,char *destaddr,int length)集成了擦除和写入两个步骤。
再次，在文件bootconfig.cr bootrom操作接口函数bootcmdloop()中增加新命令“u”（update的编写）。
switch(*(pline++)){
……
case 'u'; /*更新bootrom*/
…… /*下载更新代码并更新*/
break;
……
}
“u”命令的实现流程如图3。除了flashupdate()之外，其它函数都由vxworks本身提供。如果更新挫败，则改变jp设置，从备份bootrom启动，再次更新bootrom或运行应用软件。
2 增加重启功能
vxworks的bootrom用户命令缺少重启功能，给调试和实际应用带来诸多不便。与bootrom在线更新方法相同，增加这项功能其实并不难，只要在函数bootcmdloop（）中增加新命令“r”（reset的缩写），在命令中调用系统重启函数sysreboot()即可。sysreboot()由设计师根据系统的不同自行编写。
switch(*(pline++)){
……
case 'r'; /*重启系统*/
sysreboot();
break;
……
}
举一反三，还可以根据需要在bootrom中增加许多自己的命令。完成之后，不要忘了在bootrom命令解释函数boothelp()中添加新增命令的用途、用法等帮助。
3 自动运行应用软件
在实际应用中，一般将上层软件和vxworks映象链接在一起，暂且称之为应用程序。默认情况下，当bootrom运行后，它会倒计时7s，然后从启动参数（boot_line）指定的路径下载应用程序。但是，因为bootrom提供了启动参数修改命令，启动参数可能由于某些原因发生更改。例如调试时需要从ftp服务器下载，或者疏忽好奇等，给下次应用带来不少麻烦，很可能出现应用程序下载挫败等故障。
为了保证自动启动总是从固定路径下载应用程序，而不受启动参数的影响，需要修改文件bootconfig.c中的自动启动函数autoboot（）。例如，自动启动总是从cf卡读取应用程序。
if(bytesread ==0){ /*倒计时期间没有输入*/
loadapplicationimage();/*复制应用程序映象到起始地址为entry的内存中*/
go((funcptr)entry;/*从entry地址开始运行*/
}
else{
……
}
entry是应用程序的入口地址，vxworks系统中该值是ram_low_adrs。loadapplicationimage()函数将应用程序映旬从cf卡复制到起始地址为entry的内存中，然后将pc指针指向该地址，启动系统。如果在倒计时期间有字符输入，则进入bootrom的命令界面，用户可以修改启动参数，然后按“@”从启动参数指定的路径下载程序，而不影响调试，但是更改后的参数不会影响下次自动启动的下载路径。
4 多种应用软件的选择
在通信领域，许多产品的硬件平台其实相同，区别在于应用软件。不同的软件塑造出了一个个特色鲜明的产品。如果能够将不同的软件集成到一个硬件平台上，由用户在启动时选择，那么这个产品就拥有一机多能的特性，大大增强了产品的市场竞争力。
退而言之，即使硬件平台只适合于一种应用软件，将故障检测程序作为另一种应用软件，会带给产品测试和现场维修人员诸多的方便。
参考以上三点经验，在bootrom中增加这项功能并非难事。以两个应用软件为例，在函数bootcmdloop()中增加新命令“o”(other的编写)，如下所示。
switch(*(pline++)){
……
case 'o': /*启动另一应用软件*/
loadanoterapplicationimage();/*复制另一应用程序映象到起始地址为entry的内存中*/
autosystemversionset();/*询问用户是否将另一应用软件设置为默认启动*/
go((funcptr)entry)；/*从entry地址开始运行*/
break;
……
}
图3
在bootrom代码中定义一个变量defaultversion，用于记录谁是默认的启动软件，该变量保存在flash等非易失媒质中。上电后，如果在倒计暑期间没有任何输入，系统自动启动defaultversion指定的应用软件；否则，用户进入命令界面。如果键入“o”命令，bootrom调用函数loadanotherapplicationimage()将另一应用程序映象复制到起始地址为entry的内存区域，然后询问用户是否希望将另一应用程序设置为默认启动；如果用户回答“是”，更改defaultversion值；否则，defaultversion值不变。最后运行当前选定的应用软件。
上述的几点经验大部分是修改文件bootconfig.c的代码。因为bootconfig.c是一个公用文件，为了不影响其它底层软件的开发，建议将它复制到当前bootrom开发目录下，并且在makefile文件中增加定义：bootconfig=bootconfig.c。
嵌入式系统开发需要经常开辟新的思路，一些微小的简单改动通常能够带给产品新的功能和特征。启动代码是嵌入式系统的重要组成部分。笔者的以上四点经验在powerpc处理器（mpc8260）平台和mips处理器（rm7000a）平台上得到了验证，希望对其它系统的启动代码的开发有所借鉴和启迪。