??? 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(dòng)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" title="重啟">重啟功能,；（3）自動(dòng)運(yùn)行應(yīng)用軟件" title="應(yīng)用軟件">應(yīng)用軟件；（4）多種應(yīng)用軟件的選擇,。
??? 關(guān)鍵詞: Bootrom? 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)? FTP

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??? VxWorks 是美國 Wind River System 公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā)的一個(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" title="應(yīng)用程序">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,、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(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(dòng),；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)核相當(dāng)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" title="實(shí)際應(yīng)用">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性存儲介質(zhì),，例如Flash,、CF卡、EPROM中,。通常需要仿真器,、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(cuò),、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(dòng)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(dòng)地址一般是0xfff00100,，而MIPS體系結(jié)構(gòu)的處理器的啟動(dòng)地址是0xbfc00000,。在邏輯上,，以啟動(dòng)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(dòng)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(dòng)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,。

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??? 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,。完成之后，不要忘了在Bootrom命令解釋函數(shù)bootHelp()中添加新增命令的用途,、用法等幫助信息,。
3 自動(dòng)運(yùn)行應(yīng)用軟件
??? 在實(shí)際應(yīng)用中，一般將上層軟件和VxWorks映象" title="映象">映象鏈接在一起,，暫且稱之為應(yīng)用程序,。默認(rèn)情況下，當(dāng)Bootrom運(yùn)行后,，它會(huì)倒計(jì)時(shí)7s,，然后從啟動(dòng)參數(shù)（BOOT_LINE）指定的路徑下載應(yīng)用程序。但是,，因?yàn)锽ootrom提供了啟動(dòng)參數(shù)修改命令,，啟動(dòng)參數(shù)可能由于某些原因發(fā)生更改。例如調(diào)試時(shí)需要從FTP服務(wù)器下載,，或者疏忽好奇等,，給下次應(yīng)用帶來不少麻煩，很可能出現(xiàn)應(yīng)用程序下載失敗等故障,。
??? 為了保證自動(dòng)啟動(dòng)總是從固定路徑下載應(yīng)用程序,，而不受啟動(dòng)參數(shù)的影響,，需要修改文件bootConfig.c中的自動(dòng)啟動(dòng)函數(shù)autoboot()。例如,，自動(dòng)啟動(dòng)總是從CF卡讀取應(yīng)用程序,。
??? if (bytesRead == 0) {??/*倒計(jì)時(shí)期間沒有輸入 */
????? ??LoadApplicationImage();?/*復(fù)制應(yīng)用程序映象到起始地址為Entry的內(nèi)存中 */
????? ??go ((FUNCPTR ) Entry); /*從Entry地址開始運(yùn)行 */
??? }
??? else{
????? ??……
??? }
??? Entry是應(yīng)用程序的入口地址，VxWorks系統(tǒng)中該值是RAM_LOW_ADRS,。LoadApplicationImage()函數(shù)將應(yīng)用程序映象從CF卡復(fù)制到起始地址為Entry的內(nèi)存中,，然后將PC指針指向該地址，啟動(dòng)系統(tǒng),。如果在倒計(jì)時(shí)期間有字符輸入,，則進(jìn)入Bootrom的命令界面，用戶可以修改啟動(dòng)參數(shù),，然后按“@”從啟動(dòng)參數(shù)指定的路徑下載程序,，而不影響調(diào)試，但是更改后的啟動(dòng)參數(shù)不會(huì)影響下次自動(dòng)啟動(dòng)的下載路徑,。
4 多種應(yīng)用軟件的選擇
??? 在通信領(lǐng)域,，許多產(chǎn)品的硬件平臺其實(shí)相同，區(qū)別在于應(yīng)用軟件,。不同的軟件塑造出了一個(gè)個(gè)特色鮮明的產(chǎn)品,。如果能夠?qū)⒉煌能浖傻揭粋€(gè)硬件平臺上，由用戶在啟動(dòng)時(shí)選擇,，那么這個(gè)產(chǎn)品就擁有一機(jī)多能的特性,，大大增強(qiáng)了產(chǎn)品的市場競爭力。
??? 退而言之,，即使硬件平臺只適合于一種應(yīng)用軟件,，將故障檢測程序作為另一種應(yīng)用軟件，會(huì)帶給產(chǎn)品測試和現(xiàn)場維修人員諸多的方便,。
??? 參考以上三點(diǎn)經(jīng)驗(yàn),，在Bootrom中增加這項(xiàng)功能并非難事。以兩個(gè)應(yīng)用軟件為例,，在函數(shù)bootCmdLoop()中增加新命令“o”（other的縮寫）,，如下所示。
??? switch (*(pLine++)){
??? ……
????? ??case 'o':????? /*啟動(dòng)另一應(yīng)用軟件*/
?????????? ???LoadAnotherApplicationImage();?? /*復(fù)制另一應(yīng)用程序映象到起始地址為Entry的內(nèi)存中*/
?????????? ???AutoSystemVersionSet(); ? /*詢問用戶是否將另一應(yīng)用軟件設(shè)置為默認(rèn)啟動(dòng)*/
?????????? ???go ((FUNCPTR ) Entry ); /*從Entry地址開始運(yùn)行*/
????? ??break;
??? ……
??? }
??? 在Bootrom代碼中定義一個(gè)變量defaultVersion,，用于記錄誰是默認(rèn)的啟動(dòng)軟件,，該變量保存在Flash等非易失媒質(zhì)中。上電后,，如果在倒計(jì)時(shí)期間沒有任何輸入,，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)defaultVersion指定的應(yīng)用軟件；否則,，用戶進(jìn)入命令界面,。如果鍵入“o”命令,，Bootrom調(diào)用函數(shù)LoadAnotherApplicationImage()將另一應(yīng)用程序映象復(fù)制到起始地址為Entry的內(nèi)存區(qū)域，然后詢問用戶是否希望將另一應(yīng)用程序設(shè)置為默認(rèn)啟動(dòng),；如果用戶回答“是”,，更改defaultVersion值；否則,，defaultVersion值不變,。最后運(yùn)行當(dāng)前選定的應(yīng)用軟件。
??? 上述的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)大部分是修改文件bootConfig.c的代碼,。因?yàn)閎ootConfig.c是一個(gè)公用文件,，為了不影響其它底層軟件的開發(fā)，建議將它復(fù)制到當(dāng)前Bootrom開發(fā)目錄下,，并且在Makefile文件中增加定義：BOOTCONFIG=bootConfig.c,。
??? 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要經(jīng)常開辟新的思路，一些微小的簡單改動(dòng)通常能夠帶給產(chǎn)品新的功能和特征,。啟動(dòng)代碼是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分。筆者的以上四點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)在PowerPC處理器（MPC8260）平臺和MIPS處理器（RM7000A）平臺上得到了驗(yàn)證,，希望對其它系統(tǒng)的啟動(dòng)代碼的開發(fā)有所借鑒和啟迪,。
參考文獻(xiàn)
1 Windriver Inc. VxWorks BSP Developer's Guide, 2002
2 Windriver Inc. VxWorks Programmer's Guide, 2002