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BSP 系統的設計與實現分析論文
1 BSP 系統設計的意義
前置機通信板使用ARM 微處理器,通過兩路以太網口利用安全通信協議實現與聯鎖機的通信,通過兩路CAN 總線實現與電子執行單元的通信,提供8 個LED 燈位來實時顯示各種工作狀態,利用上電初始化時讀取背板地址來動態設置兩通道的IP 地址,并能夠以主備方式工作。
2 系統的設計與實現
2.1 VxWorks 系統的主要性能特點
VxWorks 系統所需要的存儲空間最小要8KB(ROM),具有極好的可伸縮性;支持中斷驅動的優先級搶占式調度和時間片輪轉調度,并具有確定的、快速的上下文切換能力;支持信號燈、消息隊列、管道、信號和套接字等進程間通信和互斥手段;支持諸如Ring、buffer、linklist 等共享內存技術;確定的微秒級的中斷響應時間;支持使用于多種物理介質的TCP/IP 協議簇和幾乎所有常用的基于TCP/IP 的應用層協議;快速靈活的I/O 系統;支持多種文件系統。
2.2 BSP 開發流程
BSP 的開發需要一個與目標板硬件環境相近的參考BSP 和相關代碼模板,從而本文中的目標板是在公司已有的聯鎖機三取二主板的BSP 基礎上,進行的二次開發。開發環境的建立,主要是以目標板BSP 文件為模版在Tornado 安裝的target config 目錄下創建用戶BSP 目錄bspname,把Tornado target config 下文件和BSP模版文件拷貝到該目錄下。根據目標板的不同功能對配置文件、寄存器和引腳、內存地址映射、makefile 文件和相關驅動程序等進行配置和修改。根據具體需要在命令行環境下利用Makefile 創建各種鏡像,也可以在Tornado 集成環境下Build 菜單中選擇Build Boot Rom來創建各種類型的Boot Rom 鏡像。
3 鏡像和驅動程序調試
初級階段,主要指bootrom 的調試。bootrom 的開發是VxWorks BSP 開發的起點,目標機沒有提供任何服務,使用ADS 中的AXD 工具,通過JTAG 口將編譯好的bootrom 文件加載到目標機中。在串口初始化后可以使用串口向電腦打印相關信息,觀察bootrom 的運行狀態。高級階段,主要是指最小系統調試完畢后。這時串口驅動完成,在程序中調試相關函數可以輕松實現控制臺串口的信息答應,并且串口可以作為開發主機與目標機之間的WDB 通道通信,WDB 連接上后就可以使用Tornado開發環境中提供的工具進行調試。
3.1 調試環境
開發主機操作系統為Windows XP,BSP 應用編程基于VxWorks 嵌入式實時操作系統,并在Tornado 集成開發環境下開發調試。開發主機與目標板之間通過ARMmulti-ICE 仿真器連接,開發主機利用該仿真器調試用于目標板的bootrom_uncmp 鏡像和VxWorks 鏡像。為了更好的調試,需要查看目標板BSP 的運行過程等信息,然而本目標板不具備VGA 接口,只能通過其自帶的串口來輸出調試信息。目標板通過自帶的串口接9 針串口線與工控機(本設計中的開發主機只帶有1 個串口)的COM1 相連,在工控機上利用超級終端來輸出打印信息。在串口調試成功后,開始調試網口,目標板利用網口來啟動VxWorks,這時目標板需要從開發主機上的TFTP來下載VxWorks。目標板鏡像bootrom_uncmp 和VxWorks調試成功后,便可去掉開發主機與目標板之間的ARMmulti-ICE 仿真器,接上J-link 燒寫工具,開發主機利用該工具把bootrom_uncmp.bin 燒寫到目標板的ROM中。
3.2 target server 的配置以及J-link 燒寫工具為了能夠實現正常連接,需要對target server 作相應的配置。并用J-link 把bootrom_cmp.bin 鏡像燒到ROM 中。
3.3 超級終端
由于目標板硬件上沒有VGA 接口,為了便于調試BSP 鏡像和相關硬件驅動程序,用USART 下的Debug 口來輸出調試信息。
3.4 其它調試
通過網絡設備來啟動VxWorks 系統時,需要通過TFTP 來下載bootrom_cmp 鏡像和VxWorks鏡像。在DebugMode 下,用串口、網口、TrueFFS 均能成功啟動VxWorks后,便可改動啟動模式為內部啟動,即在BOOT Mode 下編譯BSP,并重新生成boot image 鏡像和VxWorks 鏡像。
3.5 驅動程序的調試
Debug Mode 和Boot Mode 都能正常啟動后,說明鏡像是正確的。這時需要調試CAN 控制器SJA1000 的發送、接收功能,LED 燈光的設置和顯示,動態電路的切換,背板地址的讀取,網絡地址的自動判定,模式開關的讀取。
4 結論
在本次設計,本人參閱了大量的文獻資料,了解了VxWorks 實時嵌入式操作系統中板卡支持包BSP 的概念和作用,熟悉了ARM CPU 結構,掌握了基于ARM 平臺的VxWorks 操作系統BSP 開發的技術難點和重點,完成了VxWorks 操作系統在ARM9 芯片AT91RM9200 上的BSP 設計與調試,實現了CAN 控制器SJA1000 的驅動、0~9檔的模式開關選擇、LED 狀態燈的讀取和控制、主備切換的動態電路以及板卡背板地址和網絡地址的讀取。
參考文獻
[1] 李勇.基于ARM9 的VxWorks BSP 的設計與實現[D].湖南:湖南大學,2009.
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