基于LPC2104的VxWorksBSP设计_嵌入式系统论文
关键词：vxworks lpc2104 bsp arm
vxworks是一种商用嵌入式实时操作系统（rtos）多年来，风河公司为用户提供了一系列广泛的板级支持包（bsp）。但是，随着cpu的发展，用户自己设计的硬件平台越来越多，分散性越来越大，因此介于硬件平台和操作系统之间的bsp的自主设备也日益紧迫。easyarm开发板是广州周立功单片机有限公司开发的基于飞利浦lpc2104型arm7tdmi芯片的低价位学习板，具有128kb的flash，16kb的ram，满足vxworks运行的最低要求。
1 格式说明及格式转换程序的制作
tornado产生的目标代码的默认格式是motorola开发板的flash下载工具只能下载intel 32bit格式。必须将它们进行转换才能将代码写入到flash中去。下面以motorola的s2格式为例说明格式的转换。
s2的一种实际格式如下：
s0120000626f6f74726f6d5f726532e686578cf
s214000000060000eabd0300eaa50300eab70300ea1b
s804000000fb
其中第一条是记录的头部。第二条是地址和对应的数据记录，s2表示24位地址的格式，14表示起始地址000000和对应的数据及奇偶效验对的总和。最后两位表示所有十六进制数对的校验和。最后一条是记录的结束标志。
intel 32 bit的一种实际格式如下：
：020000040000fa
：10000000060000eabd0300eabb50300eab70300ea20
…………
：00000001ff
其中第一条是记录的头部，表示32位地址的高16位为0000。在第二条记录中，：表示记录的开始，10表示记录对的个数，0000表示起始地址的值，最后两位表示校验和。最后一条是记录的结束标志。
了解这两种格式后，编写格式转换程序就是很简单的一件事件。
2 bsp的设计过程及软件仿真方法
2.1 驻留rom/flash的系统各段分配情况
由于lpc2104只有16kb的ram，故只能程序代码和数据放在flash中，开机后再将数据拷贝到ram内，而程序依然放在flash中并在其中运行，即所谓的rom resident image设计。在tornado集成开发环境下，选取templatarm的bsp生成的bootrom_res.hex文件就是这种rom_resident文件，其代码段、数据段、堆栈段分别在flash和ram中的情况如图1。
flash的分配和对应常量的定义
片内flash的地址空间为0x00000000～0x00020000
rom_text_adrs=00000000代码段的起始地址
rom_size=00020000 flash的大小
ram的分配和对应常量的定义
片内ram的地址空间为0x40000000～0x40003fff
0x40000000～0x4000003f共64字节，放中断向量表local_mem_local_adrs=0x400000000
ram_low_adrs=0x40000600
ram_high_adrs=0x40000f00
local_mem_size=0x00020000
根据上面的分析，修改makefile和config.h中相应的部分，使两者一样。
堆栈的分配
堆栈的地址设为stack_adrs，由系统定义，从ram_low_adrs开始向下伸展。
2.2 romlnit.s文件
arm的异常向量表如表1。lpc2104的异常向量表也一样，只不过它可以重新映射到ram的头部，即从0x40000000开始的32个字节。
表1 arm异常向量位置
| 地 址 | 异 常 |
| 0x0000 0000 | 复位 |
| 0x0000 0004 | 未定义指令 |
| 0x0000 0008 | 软件中断 |
| 0x0000 000c | 预取指中止（从存储器取指出错） |
| 0x0000 0010 | 数据中止（数据访问存储器出错） |
| 0x0000 0014 | 保留 |
| 0x0000 0018 | irq |
| 0x0000 001c | fiq |
*在arm文档中标识为保留，该位置被boot装载程序用作者有效的用户程序关键字。
基于arm体系结构的vxworks的其中四个异常 入口函数为：excenterundef、ecxenterswi、excenterprefetchabort、excenterdataabort。直接在对应的位置用b指令跳到对应的函数中即可。代码如下：_arm_function（rominit）
_rominit：
arm的异常向量表如表1。lpc2104的异常向量表也一样，只不过它可以重新映射到ram的头部，即从0x40000000开始的32个字节。
基于arm体系结构的vxworks的其中四个异常入口函数为：excenterundef、excenterswi、excenterprefetchabort、excenterdataabort。直接在对应的位置用b指令跳到对应的函数中即可。代码如下：
_arm_function（rominit）
_rominit:
cold:
b start /*复位异常*/
b excenterundef /*未定义异常 */
b excenterswi /*软中断*/
b excenterpreftchabort/*予取指异常*/
b excenterdataabort /*数据异常*/
.ascii "20b9" /*保留空间，由格式转换程序超填入0xb9205f80*/
ldr pc,[pc,#-0xff0]/*irq中断入口函数*/
b fiq_hander /*fiq中断入口函数*/
irq中断函数的入口函数是c语言写的sysclkint()和sysauxclkint()，需要自己保存现场和恢复现场，代码为：
_arm_function（time0_irq_hander）
_time0_irq_hander:
sub lr,lr,#4 /*计算返回地址*/
stmfd sp！，{r0-r11，r12，lr} /*保存任务环境*/
mrs r3，spsr /*保存状态*/
stmfd sp！，{r3}
bl sysclkint /*调用c语言的中断处理程序*/
ldmfd sp！，{r3}
msr spsr_cxsf,r3
ldmfd sp!,{r0-r11，r12，pc}
_arm_function(time1_irq_hander)
_time1_irq_hander：
sub lr，lr，#4 /*计算返回地址*/
stmfd sp！，{r0-r11，r12，lr} /*保存任务环境*/
mrs r3，spsr /*保存状态*/
stmfd sp！，{r3}
bl sysauxclkint /*调用c语言的中断处理程序*/
ldmfd sp！，{r3}
msr spsr_cxsf,r3
ldmfd sp！，{r0-r11，r12，pc}
快速中断函数vxworks不用由用户自己定义。其框架如下：其中fiq_exception()函数由c语言定义，在文件开始用globl func(fiq_exception)声明。
fiq_hander:
stmfd sp!,{r0-r12,lr}
bl fiq_exception
ldmfd sp!,{r0-r12,lr}
subs pc,lr,#4
当系统上电时，如果地址0x00000014内的数据是0xb9205f80,则从flash的零地址开始执行，也就是执行rominit（）函数。此函数将启动方式boot_cold放在r0中，作为romstart的参数，将系统设为svc32模式，并禁止irq和fir中断，设置好系统堆栈指针跳到romstart()执行。验证此部分程序执行情况的最简单的一种方法是用汇编写一段点灯程序，用以指令程序的执行情况。其中常量pinsel0、pinsel1、iodir、spi_iocon可以头文件templatarm.h中用define定义。
#define pinsel0 0xe002c000
#define pinsel1 0xe002c004
#define iodir 0xe0028008
#define spi_iocon 0x00003dd0
我们设计的点灯程序如下。将其放在rominit.s适当的位置，可以定位程序的运行情况。
ldr r0,=pinsel0
mov r1,#0
str r1,[r0],#4
str r1,[r0]
ldr r0,=pinsel1
mov r1,#0
str r1,[r0],#4
str r1,[r0]
ldr r0,=iodir
ldr r1,spi_iocon
str r1,[r0]
在tornado集成开发环境下，templatarm的bsp生成bootrom_res.bin文件后，可以借助asd1.2的axd反汇编调方式器进行单步仿真和调试。
2.3 syslib.c文件
在这个文件中，主要是在syshwinit（）函数内实现系统外设的配置，中断向量表的拷贝和重映射，系统定时器中断向量的安装，串口初始化等功能。在串口还没有调通之前，可以借助上面提到的简单点灯函数实现程序的定位。其用c语言重新定义如下（将它插入本文件的适当地址，可以指示各个函数的执行情况）：
#include “lpc2106.h”
pinsel0=0x00000000;
pinsel1=0x00000000;
iodir=0x00003dd0;
系统的初始化和配置与硬件系统高度相关。对这部分的代码不作过多的解释，请参看代码注释。几个常量定义如下：
#define fosc 11059200 /*晶振频率，10mhz～25mhz应与实际一致*/
#define fcclk(fosc *4)
/*系统频率，必须为fosc的整数倍（1～32），且<=60mhz*/
#define fcco (fosc *4)
/*cco频率，必须为fcclk的1、2、4、8倍，范围为156mhz～320mhz*/
#define fpclk (fcclk/4)*2
/*vpb时钟频率，只能为（fcclk/4）的1、2、4倍*/
2.4 templatetimer.c文件
本文件主要实现与系统时钟和系统辅助时钟相关的函数。关于系统时钟的各函数定义如下（系统辅助时钟的各函数与系统时钟一样，只须将t0换成t1即可）：
/*sysclkint(),此函数每个时钟tick被调用一次*/
void sysclkint（void）{
/*通知系统中断结束*/
t0ir=0x01；
t0mr0+=(fpclk/sysclktickspersecond)；
vicvectaddr=0;
/*调用系统中断函数*/
if(sysclkroutine!=null)
(*sysclkroutine)(sysclkarg);
}
/*sysclkdisable()禁止系统时钟*/
void sysclkdisable(void){
if(sysclkrunning){
/*禁止系统时钟中断*/
vicintenclr=0x10;
t0tc=0;
sysclkrunning=flase;
}
}
/*sysclkenable()启动系统时钟*/
void sysclkenable(void){
static bool connected=false;
if(！connected){
/*定时器0初始化*/
t0tc=0；
t0tcr=0x01；
t0mcr=0x01；
t0mr0=（fpclk/sysclktickspersecond）;
vicintenable=0x10;
connected=true;
}
if(!sysclkrunning){
t0tc=0;
sysclkrunning=true;
}
}
3 应用程序设计
由于easyarm开发板本身资源较少，不可能与pc机连接成宿主机一目标机的调试环境，通过主机将代码下载到目标机再执行。因此在设计应用程序时，可以修改bootconfig.c文件中的bootcmdloop（）函数，生成bootrom_res.hex文件，格式转换后，下载到flash中运行，在pc机上借助串口调试助手打印调试。具体过程是：在tornado2.2集成开发环境下选取build->build boot rom，bsp选定templatearm，image选定bootrom_res.hex，编译器选gnu,确认即可。
4 小结
vxworks所需要的唯一的驱动程序是系统时钟，本文详细给出了系统时钟源代码，同时还给出了串口通信的源代码，使得开发板与pc机能正常通信。另外，给出了基于vxworks的应用程序的设计方法。由于bsp的设计本身就是一件很具有挑战性的工作，相信本文对vxworks的bsp设计得有所帮助。