基于VxWorks實時操作系統(tǒng)的映象特點和構(gòu)建方案

本文分析了VxWorks的映象特點，設(shè)計了幾種VxWorks下產(chǎn)品映象的構(gòu)造方案，并指出了這些構(gòu)造設(shè)計的應(yīng)用場合。

VxWorks是目前占壟斷地位的實時操作系統(tǒng)，在許多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，但其產(chǎn)品映象設(shè)計卻一直是令設(shè)計工程師頭疼的問題。本文在實踐驗證的基礎(chǔ)上，討論了基于VxWorks操作系統(tǒng)上的產(chǎn)品映象設(shè)計技術(shù)，具有很強的實用性。

VxWorks的映象分析

VxWorks映象內(nèi)容包括：代碼段（Text segment）、數(shù)據(jù)段（Data Segment）和符號起始塊段（BSS Segment）。其中，代碼段指可執(zhí)行的指令集合；數(shù)據(jù)段指已經(jīng)初始化的全局和靜態(tài)變量；符號起始塊段是未初始化的全局和靜態(tài)變量，ANSI C/C++中要求這些變量初始化為零。

VxWorks映象按類型分為：可下載的映象（Loadable images）、基于ROM的映象（ROM-based images）和ROM駐留映象（ROM-Resident images）三種。Loadable images一般用于調(diào)試，ROM或Flash中的啟動代碼BSP打通調(diào)試通道后，將其從PC機上裝入RAM運行。ROM-based images整個映象在ROM或Flash中，由BSP從ROM或Flash中裝載整個映象到RAM中運行，并分為壓縮和非壓縮方式。ROM-resident images則只拷貝VxWorks的data和bss部分到RAM中運行，運行效率低。

基于VxWorks的產(chǎn)品映象設(shè)計

本文bootable VxWorks映象即為ROM-based images，downloadable應(yīng)用模塊對應(yīng)Loadable images。VxWorks最終產(chǎn)品映象一般燒錄在Flash中，但由于Flash容量有限，并且為了動態(tài)更換程序方便，有時需要使用兩片F(xiàn)lash。其中，第一片小容量的Flash僅作為啟動和下載程序功能，采用插件式，以便替換；第二片大容量的Flash存放用戶應(yīng)用代碼，多采用貼片方式。具體VxWorks的產(chǎn)品映象構(gòu)造可使用以下四種技術(shù)方案。

方案一

Flash中存放BOOT+OS+ APPLICATION代碼（Tornado圖形環(huán)境下選項為bootable映象，rules=VxWorks_rom）。

在Flash中的 BOOT啟動后，就將OS裝入RAM，跳到OS入口點，OS執(zhí)行，并由OS最終調(diào)起用戶應(yīng)用程序。這種設(shè)計最為簡潔，只需一片F(xiàn)lash裝載程序。缺點是，采用插件Flash容量很小，僅適合程序不大的場合；而采用貼片方式的Flash，則有一個頭疼的程序燒寫問題。

方案二

第一片小容量Flash放BOOT代碼；第二片大容量的Flash放OS+APPLICATION代碼（Tornado圖形環(huán)境下選項為bootable映象，rules=VxWorks）。

由VxWorks的Loadable images啟動過程可知，第一片F(xiàn)lash會將BOOT code拷貝到RAM_HIGH_ADRS為起址的RAM空間，BOOT code則將OS拷貝到RAM_LOW_ADRS為起址的RAM空間，并跳到OS入口點，即RAM_LOW_ADRS執(zhí)行。所以這種方法是在第一片F(xiàn)lash啟動后，接著將第二片F(xiàn)lash中保存的OS+APPLICATION映象拷貝到RAM的RAM_LOW_ADRS “ RAM_HIGH_ADRS之間，然后跳到RAM中的RAM_LOW_ADRS地址處即OS入口點執(zhí)行。

方案三

第一片小容量Flash放BOOT代碼；第二片大容量的Flash放BOOT+OS+APPLICATION（Tornado圖形環(huán)境下選項為bootable映象，rules=VxWorks_rom）。

第一片BOOT啟動后，其代碼執(zhí)行的最后一句跳至第二片F(xiàn)lash的啟動代碼romInit（）處執(zhí)行。第一片F(xiàn)lash代碼用來將程序下載到第二片F(xiàn)lash中，正常情況下則是簡單地啟動第二片F(xiàn)lash中已有的程序。在做第二片F(xiàn)lash中的BOOT+OS+APPLICATION映象時，需要將BSP中config.h文件的ROM_BASE_ADRS參數(shù)修改為第二片F(xiàn)lash的基址，表示基于第二片F(xiàn)lash啟動運行。這里第二片F(xiàn)lash執(zhí)行并不等同復(fù)位CPU，只是又執(zhí)行了一次與第一片F(xiàn)lash中上電復(fù)位后內(nèi)容類似的初始化代碼并新啟動了一個OS，這個OS重新接管了SDRAM以及CPU的所有寄存器等，而第一片F(xiàn)lash中代碼不再執(zhí)行。

下面提供一種方法，通過第一片F(xiàn)lash中的代碼，可以將遠(yuǎn)程PC機上編譯好的二進制可執(zhí)行文件 rom.bin（含有BOOT+OS+APPLICATION）ftp到第二片F(xiàn)lash：

方案四

第一片小容量Flash放BOOT+OS+LOADER代碼（Tornado圖形環(huán)境下選項為bootable映象，rules=VxWorks_rom）；第二片大容量Flash放APPLICATION（Tornado圖形環(huán)境下選項為downloadable應(yīng)用模塊且可重定位，rules=objects），此片F(xiàn)lash必須有文件系統(tǒng)。

第一片F(xiàn)lash中是一個完整的產(chǎn)品映象，等同于BOOT+OS+APPLICATION，LOADER就是一個簡單的APPLICATION，利用VxWorks提供給用戶的目標(biāo)模塊加載器loadlib來完成LOADER功能。在第一片F(xiàn)lash啟動運行到LOADER時，由LOADER的loadModule（）函數(shù)將第二片F(xiàn)lash的APPLICATION文件動態(tài)加載入RAM，并與OS連接為可直接執(zhí)行的映象，然后用symFindByName（）找到應(yīng)用代碼文件appl.o中用戶應(yīng)用入口點”ApplEntry“，最后跳到應(yīng)用入口函數(shù)執(zhí)行。

第一片F(xiàn)lash中的LOADER代碼如下：

FUNCPTR StartEntry；

fd = open （”/Flash2/appl.o“， O_RDONLY，0）；

loadModule（fd， LOAD_ALL_SYMBOLS）；

symFindByName（sysSymTbl，“ApplEntry”，（char **）%26;amp;StartEntry，%26;amp;Type）；

（*StartEntry）（ ）；

其中，（1）loadModule（int fd，int loadFlag）函數(shù)從指定的文件fd中裝載目標(biāo)模塊，并將Text、Data、BSS段放入目標(biāo)內(nèi)存池中；（2）SymFindByName（SYMTAB_ID symTblId， char* name， char** pValue， SYM_TYPE* pType）從符號表中搜尋與指定符號名匹配的符號，并將值考入pValue和pType中。

VxWorks產(chǎn)品映象設(shè)計方案比較

以上方案中，第一種設(shè)計只適合代碼小的產(chǎn)品映象；第二、三、四種適合大容量代碼的映象設(shè)計。第二種設(shè)計啟動最快，但用戶可修改性差，不靈活。第三種設(shè)計啟動兩次，速度慢，但可以做到動態(tài)遠(yuǎn)程更新包括BSP在內(nèi)的整個第二片F(xiàn)lash中的映象。第四種必須在第二片F(xiàn)lash中有閃存文件系統(tǒng)TrueFFS，appl.o以文件形式存放其中，此設(shè)計最為復(fù)雜，但在增加遠(yuǎn)程程序下載更新功能方面十分方便。以上映象構(gòu)造方案在實際中都得到成功驗證，應(yīng)用設(shè)計人員可以按照實際要求靈活選擇。

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