??? 摘 要: 以VxWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)為例，介紹了改進啟動代碼（Bootrom）功能的四點經(jīng)驗：（1）具備故障保護功能的Bootrom的自我在線更新,；（2）增加重啟" title="重啟">重啟功能,；（3）自動運行應用軟件" title="應用軟件">應用軟件；（4）多種應用軟件的選擇,。
??? 關(guān)鍵詞: Bootrom? 嵌入式實時操作系統(tǒng)? FTP
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??? VxWorks 是美國 Wind River System 公司于1983年設計開發(fā)的一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(tǒng)（RTOS）,。它是一種功能強大而且比較復雜的操作系統(tǒng)，包括了進程管理,、存儲管理,、設備管理、文件系統(tǒng)管理,、網(wǎng)絡協(xié)議及系統(tǒng)應用等幾部分,。VxWorks為程序員提供了高效的實時多任務調(diào)度、中斷管理,、實時的系統(tǒng)資源以及實時的任務間通信,。其核心功能主要有微內(nèi)核、任務間通信機制,、網(wǎng)絡支持,、文件系統(tǒng)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(tǒng)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" title="應用程序">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(guān)心系統(tǒng)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,、航天等高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通信,、彈道制導,、飛機導航等。
??? 設計師通常利用VxWorks開發(fā)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(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)核相當于PC機上的操作系統(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,，在實際應用" title="實際應用">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(jīng)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(fā)生更新文件出錯、斷電等災難性故障,，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)域為主Boot區(qū),，另一片區(qū)域為備Boot區(qū)。
??? 為了實現(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(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)。默認情況下,，PA為主Boot區(qū),。如圖1。
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?? 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,。兩個二選一邏輯實現(xiàn)兩片F(xiàn)lash片選信號（CS）的互換,，從而實現(xiàn)了地址的互換。
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??? 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(tǒng)一的接口,，帶來的好處不言而喻。Bootrom數(shù)據(jù)總是從主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步驟。
??? 再次,，在文件bootConfig.c的Bootrom命令操作接口函數(shù)bootCmdLoop()中增加新命令“u”（update的縮寫）,。
??? switch (*(pLine++)){
??? ……
????? ?case ‘u’:??/* 更新Bootrom */
??????????? ?……???/* 下載更新代碼并更新 */
???????break;
??? ……
??? }
??? “u”命令的實現(xiàn)流程如圖3。除了flashUpdate()之外,，其它函數(shù)都由VxWorks本身提供,。如果更新失敗，則改變JP設置，從備份Bootrom啟動,，再次更新Bootrom或運行應用軟件,。
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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(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()由設計師根據(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 自動運行應用軟件
??? 在實際應用中，一般將上層軟件和VxWorks映象" title="映象">映象鏈接在一起,，暫且稱之為應用程序,。默認情況下，當Bootrom運行后,，它會倒計時7s，然后從啟動參數(shù)（BOOT_LINE）指定的路徑下載應用程序,。但是,，因為Bootrom提供了啟動參數(shù)修改命令，啟動參數(shù)可能由于某些原因發(fā)生更改,。例如調(diào)試時需要從FTP服務器下載,，或者疏忽好奇等，給下次應用帶來不少麻煩,，很可能出現(xiàn)應用程序下載失敗等故障,。
??? 為了保證自動啟動總是從固定路徑下載應用程序，而不受啟動參數(shù)的影響,，需要修改文件bootConfig.c中的自動啟動函數(shù)autoboot(),。例如，自動啟動總是從CF卡讀取應用程序,。
??? if (bytesRead == 0) {??/*倒計時期間沒有輸入 */
????? ??LoadApplicationImage();?/*復制應用程序映象到起始地址為Entry的內(nèi)存中 */
????? ??go ((FUNCPTR ) Entry); /*從Entry地址開始運行 */
??? }
??? else{
????? ??……
??? }
??? Entry是應用程序的入口地址,，VxWorks系統(tǒng)中該值是RAM_LOW_ADRS。LoadApplicationImage()函數(shù)將應用程序映象從CF卡復制到起始地址為Entry的內(nèi)存中,，然后將PC指針指向該地址,，啟動系統(tǒng)。如果在倒計時期間有字符輸入，則進入Bootrom的命令界面,，用戶可以修改啟動參數(shù),，然后按“@”從啟動參數(shù)指定的路徑下載程序，而不影響調(diào)試,，但是更改后的啟動參數(shù)不會影響下次自動啟動的下載路徑,。
4 多種應用軟件的選擇
??? 在通信領(lǐng)域，許多產(chǎn)品的硬件平臺其實相同,，區(qū)別在于應用軟件,。不同的軟件塑造出了一個個特色鮮明的產(chǎn)品。如果能夠?qū)⒉煌能浖傻揭粋€硬件平臺上,，由用戶在啟動時選擇,，那么這個產(chǎn)品就擁有一機多能的特性，大大增強了產(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用軟件，將故障檢測程序作為另一種應用軟件,，會帶給產(chǎn)品測試和現(xiàn)場維修人員諸多的方便,。
??? 參考以上三點經(jīng)驗，在Bootrom中增加這項功能并非難事,。以兩個應用軟件為例,，在函數(shù)bootCmdLoop()中增加新命令“o”（other的縮寫），如下所示,。
??? switch (*(pLine++)){
??? ……
????? ??case 'o':????? /*啟動另一應用軟件*/
?????????? ???LoadAnotherApplicationImage();?? /*復制另一應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用軟件設置為默認啟動*/
?????????? ???go ((FUNCPTR ) Entry ); /*從Entry地址開始運行*/
????? ??break;
??? ……
??? }
??? 在Bootrom代碼中定義一個變量defaultVersion,，用于記錄誰是默認的啟動軟件，該變量保存在Flash等非易失媒質(zhì)中,。上電后,，如果在倒計時期間沒有任何輸入，系統(tǒng)自動啟動defaultVersion指定的應用軟件,；否則,，用戶進入命令界面。如果鍵入“o”命令,，Bootrom調(diào)用函數(shù)LoadAnotherApplicationImage()將另一應用程序映象復制到起始地址為Entry的內(nèi)存區(qū)域,，然后詢問用戶是否希望將另一應用程序設置為默認啟動；如果用戶回答“是”,，更改defaultVersion值,；否則，defaultVersion值不變,。最后運行當前選定的應用軟件,。
??? 上述的幾點經(jīng)驗大部分是修改文件bootConfig.c的代碼,。因為bootConfig.c是一個公用文件，為了不影響其它底層軟件的開發(fā),，建議將它復制到當前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通常能夠帶給產(chǎn)品新的功能和特征,。啟動代碼是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分。筆者的以上四點經(jīng)驗在PowerPC處理器（MPC8260）平臺和MIPS處理器（RM7000A）平臺上得到了驗證,，希望對其它系統(tǒng)的啟動代碼的開發(fā)有所借鑒和啟迪,。
參考文獻
1 Windriver Inc. VxWorks BSP Developer's Guide, 2002
2 Windriver Inc. VxWorks Programmer's Guide, 2002