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Bootrom功能改進經驗談
摘要：以VxWorks嵌入式實時操作系統為例，介紹了改進啟動代碼（Bootrom）功能的四點經驗：（1）具備故障保護功能的Bootrom的自我在線更新；（2）增加重啟功能；（3）自動運行應用軟件；（4）多種應用軟件的選擇。VxWorks是美國WindRiver System公司于1983年設計開發后個運行在目標機上的高性能、可裁減的嵌入式實時操作系統（RTOS）。它是一種功能強大而且比較復雜的操作系統，包括了進程管理、存儲管理、設備管理、文件系統管理、網絡協議及系統應用等幾部分。VxWorks為程序員提供了高效的實時多任務調度、中斷管理、實時的系統資源以及實時的任務間通信。其核心功能主要有微內核、任務間通信機制、網絡支持、文件系統和I/O管理、POSIX標準實時擴展以及C 等其他標準支持。在各種CPU平臺上提供了統一的編程接口和一致的運行特性，盡可能地屏蔽不同CPU之間的底層差異。應用程序員可以將盡可能多的精力放在應用程序本身，而不必關心系統資源的管理。VxWorks以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精類技術及實時要求極高的領域中，如衛星通信、彈道制導、飛機導航等。
設計師通常利用VxWorks開發Bootrom代碼。Bootrom相當于PC機中的BIOS，它完成對加載過程中所需設備的初始化及驅動；然后，通過某種可選擇的通信手段（如網口、串口），將VxWorks內核加載。VxWorks內核相關于PC機上的操作系統，如Linux、Windows。此外，Bootrom還提供了一些輔助功能，如地址內容查看、地址內容修改和Bootrom菜單顯示信息控制等功能。但是，在實際應用中，這些功能不夠豐富，便利性不足。本文介紹了幾點筆者在工作中行之有效的改進Bootrom功能的經驗。
1 具備故障保護功能的Bootrom的自我在線更新
Bootrom一般以二進制文件的方式保存在非易失懷存儲介質，例如Flash、CF卡、EPROM中。通常需要仿無休止器、燒結器或JTAG工具等才能將代碼燒入這類介質，在實際應用中非常不便。以Flash為例介紹如何在線更新Bootrom。
首先，為了做到故障保護，防止在更新過程中發生更新文件出錯、斷電等災難性故障，Bootrom的數據必須在更新之前備份在Flash的另一區域。因此，Flash中必須存在兩片物理區域，暫且命名為PA和PB，每片512KB（假設Bootrom文件小于512KB）。兩片物理區域的起始地址可以互換，其中一片區域的起始地址必須為系統的上電啟動地址，這個地址因處理器而異，例如，PowerPC體系結構的處理器的啟動地址一般是0xfff00100，而MIPS體系結構的處理器的啟動地址是0xbfc00000。在邏輯上，以啟動地址開始的區域為主Boot區，另一片區域為備Boot區。
為了實現地址互聯換，在CPU模塊和Flash芯片之間，增加了一片CPLD（可編程邏輯器件）和一個跳線或撥號開關，開關信號JP輸入到CPLD。CPU訪問Flash的地址信號和片選信號經過CPLD進行地址互換，再到Flash芯片。如果不跳線（默認情況），JP信號為高，則PA的起始地址為啟動地址，PA為主Boot區，PB為備Boot區；否則，JP信號為低，PB的起始地址為啟動地址，PB為主Boot區，PA為備Boot區。默認情況下，PA為主Boot區。如圖1。
如果系統中有兩片Flash芯片，可以不用CPLD，選用另一種地址互換方式，如圖2。兩個二選一邏輯實現兩片Flash片選信號（CS）的互換，從而實現了地址的互換。
地址互換機制屏蔽了PA和PB實際物理位置的差別，給底層軟件提供了一個統一的接口，帶來的好處不言而喻。Bootrom數據總線是從主Boot區備份到備Boot區，系統總是從主Boot區啟動。
其次，編寫Flash擦寫驅動函數。Flash是一種讀寫非對稱器件，讀數據與普通器件一樣，比較簡單；而寫必須根據芯片廠商提供的算法，先擦除欲寫入數據的區域，以扇區（Sector）為單位，然后寫入數據。函數flashUpdate(char *sourceAddr,char *destAddr,int Length)集成了擦除和寫入兩個步驟。
再次，在文件bootConfig.cr Bootrom操作接口函數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”命令的實現流程如圖3。除了flashUpdate()之外，其它函數都由VxWorks本身提供。如果更新挫敗，則改變JP設置，從備份Bootrom啟動，再次更新Bootrom或運行應用軟件。
2 增加重啟功能
VxWorks的Bootrom用戶命令缺少重啟功能，給調試和實際應用帶來諸多不便。與Bootrom在線更新方法相同，增加這項功能其實并不難，只要在函數bootCmdLoop（）中增加新命令“r”（reset的縮寫），在命令中調用系統重啟函數sysReboot()即可。SysReboot()由設計師根據系統的不同自行編寫。
Switch(*(pLine )){
……
case 'r'; /*重啟系統*/
sysReboot();
break;
……
}
舉一反三，還可以根據需要在Bootrom中增加許多自己的命令
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