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Bootrom功能改進(jìn)經(jīng)驗(yàn)談
摘要：以VxWorks嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為例，介紹了改進(jìn)啟動代碼（Bootrom）功能的四點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：（1）具備故障保護(hù)功能的Bootrom的自我在線更新；（2）增加重啟功能；（3）自動運(yùn)行應(yīng)用軟件；（4）多種應(yīng)用軟件的選擇。VxWorks是美國WindRiver System公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā)后個(gè)運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)上的高性能、可裁減的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）。它是一種功能強(qiáng)大而且比較復(fù)雜的操作系統(tǒng)，包括了進(jìn)程管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及系統(tǒng)應(yīng)用等幾部分。VxWorks為程序員提供了高效的實(shí)時(shí)多任務(wù)調(diào)度、中斷管理、實(shí)時(shí)的系統(tǒng)資源以及實(shí)時(shí)的任務(wù)間通信。其核心功能主要有微內(nèi)核、任務(wù)間通信機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)支持、文件系統(tǒng)和I/O管理、POSIX標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)擴(kuò)展以及C 等其他標(biāo)準(zhǔn)支持。在各種CPU平臺上提供了統(tǒng)一的編程接口和一致的運(yùn)行特性，盡可能地屏蔽不同CPU之間的底層差異。應(yīng)用程序員可以將盡可能多的精力放在應(yīng)用程序本身，而不必關(guān)心系統(tǒng)資源的管理。VxWorks以其良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精類技術(shù)及實(shí)時(shí)要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通信、彈道制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航等。
設(shè)計(jì)師通常利用VxWorks開發(fā)Bootrom代碼。Bootrom相當(dāng)于PC機(jī)中的BIOS，它完成對加載過程中所需設(shè)備的初始化及驅(qū)動；然后，通過某種可選擇的通信手段（如網(wǎng)口、串口），將VxWorks內(nèi)核加載。VxWorks內(nèi)核相關(guān)于PC機(jī)上的操作系統(tǒng)，如Linux、Windows。此外，Bootrom還提供了一些輔助功能，如地址內(nèi)容查看、地址內(nèi)容修改和Bootrom菜單顯示信息控制等功能。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，這些功能不夠豐富，便利性不足。本文介紹了幾點(diǎn)筆者在工作中行之有效的改進(jìn)Bootrom功能的經(jīng)驗(yàn)。
1 具備故障保護(hù)功能的Bootrom的自我在線更新
Bootrom一般以二進(jìn)制文件的方式保存在非易失懷存儲介質(zhì)，例如Flash、CF卡、EPROM中。通常需要仿無休止器、燒結(jié)器或JTAG工具等才能將代碼燒入這類介質(zhì)，在實(shí)際應(yīng)用中非常不便。以Flash為例介紹如何在線更新Bootrom。
首先，為了做到故障保護(hù)，防止在更新過程中發(fā)生更新文件出錯、斷電等災(zāi)難性故障，Bootrom的數(shù)據(jù)必須在更新之前備份在Flash的另一區(qū)域。因此，F(xiàn)lash中必須存在兩片物理區(qū)域，暫且命名為PA和PB，每片512KB（假設(shè)Bootrom文件小于512KB）。兩片物理區(qū)域的起始地址可以互換，其中一片區(qū)域的起始地址必須為系統(tǒng)的上電啟動地址，這個(gè)地址因處理器而異，例如，PowerPC體系結(jié)構(gòu)的處理器的啟動地址一般是0xfff00100，而MIPS體系結(jié)構(gòu)的處理器的啟動地址是0xbfc00000。在邏輯上，以啟動地址開始的區(qū)域?yàn)橹鰾oot區(qū)，另一片區(qū)域?yàn)閭銪oot區(qū)。
為了實(shí)現(xiàn)地址互聯(lián)換，在CPU模塊和Flash芯片之間，增加了一片CPLD（可編程邏輯器件）和一個(gè)跳線或撥號開關(guān)，開關(guān)信號JP輸入到CPLD。CPU訪問Flash的地址信號和片選信號經(jīng)過CPLD進(jìn)行地址互換，再到Flash芯片。如果不跳線（默認(rèn)情況），JP信號為高，則PA的起始地址為啟動地址，PA為主Boot區(qū)，PB為備Boot區(qū)；否則，JP信號為低，PB的起始地址為啟動地址，PB為主Boot區(qū)，PA為備Boot區(qū)。默認(rèn)情況下，PA為主Boot區(qū)。如圖1。
如果系統(tǒng)中有兩片F(xiàn)lash芯片，可以不用CPLD，選用另一種地址互換方式，如圖2。兩個(gè)二選一邏輯實(shí)現(xiàn)兩片F(xiàn)lash片選信號（CS）的互換，從而實(shí)現(xiàn)了地址的互換。
地址互換機(jī)制屏蔽了PA和PB實(shí)際物理位置的差別，給底層軟件提供了一個(gè)統(tǒng)一的接口，帶來的好處不言而喻。Bootrom數(shù)據(jù)總線是從主Boot區(qū)備份到備Boot區(qū)，系統(tǒng)總是從主Boot區(qū)啟動。
其次，編寫Flash擦寫驅(qū)動函數(shù)。Flash是一種讀寫非對稱器件，讀數(shù)據(jù)與普通器件一樣，比較簡單；而寫必須根據(jù)芯片廠商提供的算法，先擦除欲寫入數(shù)據(jù)的區(qū)域，以扇區(qū)（Sector）為單位，然后寫入數(shù)據(jù)。函數(shù)flashUpdate(char *sourceAddr,char *destAddr,int Length)集成了擦除和寫入兩個(gè)步驟。
再次，在文件bootConfig.cr Bootrom操作接口函數(shù)bootCmdLoop()中增加新命令“u”（update的編寫）。
switch(*(pLine )){
……
case 'u'; /*更新Bootrom*/
…… /*下載更新代碼并更新*/
break;
……
}
“u”命令的實(shí)現(xiàn)流程如圖3。除了flashUpdate()之外，其它函數(shù)都由VxWorks本身提供。如果更新挫敗，則改變JP設(shè)置，從備份Bootrom啟動，再次更新Bootrom或運(yùn)行應(yīng)用軟件。
2 增加重啟功能
VxWorks的Bootrom用戶命令缺少重啟功能，給調(diào)試和實(shí)際應(yīng)用帶來諸多不便。與Bootrom在線更新方法相同，增加這項(xiàng)功能其實(shí)并不難，只要在函數(shù)bootCmdLoop（）中增加新命令“r”（reset的縮寫），在命令中調(diào)用系統(tǒng)重啟函數(shù)sysReboot()即可。SysReboot()由設(shè)計(jì)師根據(jù)系統(tǒng)的不同自行編寫。
Switch(*(pLine )){
……
case 'r'; /*重啟系統(tǒng)*/
sysReboot();
break;
……
}
舉一反三，還可以根據(jù)需要在Bootrom中增加許多自己的命令
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