VxWorks启动过程描述.docx

1、VxWorks启动过程描述VxWorks启动过程描述及主要宏开关含义1 三种不同的VxWorks映象比较VxWorks是一种灵活的、可裁剪的嵌入式实时操作系统。用户可以根据需要创建自己的VxWorks映象，由它来引导目标系统，而后下载并运行应用程序。根据应用场合的不同，VxWorks映象可分为三类：可加载的VxWorks映象、基于ROM的VxWorks映象和驻留ROM的VxWorks映象。1.1 可加载的VxWorks映象这是一种运行于RAM的VxWorks映象。它不包含搬移程序，需要借助于一些外部的程序如bootRom才能加载到RAM的低端RAM_LOW_ADRS地址处。这是缺省的开发映象。

2、在开发的初期阶段，用户可以根据需要添加或删除一些VxWorks组件，生成自己的可加载的VxWorks映象，存放在开发主机的某个目录下。目标板上电后，由烧结在BOOT中的起始引导程序(BootStrap Programs)将BOOT中的ROM引导程序（ROM Boot Programs）拷贝到RAM的高端地址RAM_HIGH_ADRS处，并跳转至该地址执行ROM引导程序，配置好所选的加载方式（缺省为网络方式），将指定的主机目录下的可加载的VxWorks映象下载到目标板的RAM地址RAM_LOW_ADRS处，并跳转到此处执行。如图1所示。图1、可加载的VxWorks映象这种映象的优点是生成的VxW

3、orks映象可以存放在开发主机PC机上，不用烧到BOOT中，节省了BOOT容量，也便于随时修改不同的VxWorks映象，适用于调试的初期阶段。不足之处是需要在主机上维护一个正确的VxWorks映象，对于调试硬件无关的上层应用程序显得不是很方便。 在Tornado工作台的Build窗口中，选择Rules属性页中的VxWorks即可生成可加载的VxWorks映象。1.2 基于ROM的VxWorks映象这是一种运行于RAM中，但起初存放于ROM中的VxWorks映象。即该映象需要和搬移程序一起固化在BOOT中。目标板上电后，首先运行BOOT中的引导搬移程序，将整个VxWorks映象拷贝到RAM地址R

4、AM_LOW_ADRS处，并跳转到此处执行。如图2所示。图2 基于ROM的VxWorks映象该映象根据是否被压缩又可分为： 基于ROM的未压缩的VxWorks映象，可直接从ROM拷贝到RAM中 基于ROM的压缩的VxWorks映象，这种映象主要是为了节约BOOT空间，在从ROM拷贝到RAM的过程中需要解压缩，因此与上述未压缩的映象相比，它的引导过程相对较慢，但两者在RAM中的运行速度是一样的。1.3 驻留ROM的VxWorks映象这种映象起初也和搬移程序一起固化在BOOT中。目标板上电后，首先运行BOOT中的引导搬移程序，但仅将VxWorks映象的数据段和BSS段拷贝到RAM地址RAM_LOW

5、_ADRS处，映象的代码段仍旧留在ROM中，从ROM中开始执行。如图3所示。这种映象的优点是具有最快的引导速度，占用最少的RAM空间，适用于RAM空间有限的目标板。但是由于该映象在ROM中运行，运行速度在三种映象中是最慢的。图3 驻留ROM的VxWorks映象2 几种不同的BOOTROM的比较针对上述三种不同的VxWorks映象，可以生成以下几种不同的BOOTROM，主要体现在执行搬移程序romStart( )( 位于bootInit.c文件中)时不同：2.1 用于可加载VxWorks映象的BOOTROM由图1所示可知，用于可加载VxWorks映象的BOOTROM包含两部分：起始引导程序（Bo

6、otStrap Programs)和ROM引导程序（ROM Boot Programs）。起始引导程序驻留在ROM中，主要包含： 汇编级的硬件初始化程序romInit.s，用于系统的基本初始化，设置一些重要寄存器的初始值，进行存储器的映射 搬移程序bootInit.c，将ROM引导程序拷贝至RAM的高端地址RAM_HIGH_ADRS，然后跳转到此处执行ROM引导程序。ROM引导程序起初存放在ROM中，初始化时被拷贝到RAM中，主要用于系统的进一步初始化，并配置加载方式，将VxWorks映象加载至RAM。可分为三种不同的类型： 压缩的ROM引导程序，在拷贝的过程中需要解压缩，在RAM中执行 未压

7、缩的ROM引导程序，可直接拷贝，在RAM中执行 驻留ROM的ROM引导程序，仅拷贝ROM引导程序的数据段，代码段仍旧在ROM中执行在Tornado开发环境中，通过在主窗口点击Build|Build Boot ROM可以选择生成以上三种BOOTROM，分别为：bootrom_uncmp.hex(未压缩的BOOTROM)，bootrom.hex(压缩的BOOTROM)，bootrom_res.hex（驻留的BOOTROM）。静态连接到可加载的VxWorks映象的系统初始化代码执行并完成整个初始化过程。引导过程成功以后，RAM中ROM引导程序占用的空间（从RAM_HIGH_ADRS开始）可以重新被系

8、统利用。图1中所示的各地址含义为： LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS是RAM的起始地址 RAM_LOW_ADRS是VxWorks的加载点，也是VxWorks代码段的起始位置 FREE_RAM_ADRS是VxWorks映象的结束点。通常也是系统内存池和目标服务器内存池的起始地址 RAM_HIGH_ADRS是ROM引导程序的加载点。它也是ROM引导程序（除驻留ROM引导程序之外）的代码段的起始位置，或驻留ROM引导程序数据段的起始位置。2.2 用于基于ROM的VxWorks映象的BOOTROM由图2所示可知，用于该映象的BOOTROM包含两部分：起始引导程序（BootStrap Progr

9、ams)和基于ROM的VxWorks映象。搬移程序bootInit.c负责将VxWorks映象的文本段和数据段搬移到用户定义的低端内存地址RAM_LOW_ADRS，如果需要进行必要的解压缩，然后直接启动VxWorks映像。因此BOOTROM的容量相对于2.1中描述的BOOTROM要大一些，但无需在主机目录下维护一个可用的VxWorks映象。基于ROM的VxWorks BOOTROM有压缩和未压缩之分。在Tornado工作台的Build窗口中，选择VxWorks映象Rules属性页中的VxWorks_rom即可生成基于ROM的未压缩的VxWorks BOOTROM，选中VxWorks_romCo

10、mpress即可生成基于ROM的压缩的VxWorks BOOTROM。2.3 用于驻留ROM的VxWorks映象的BOOTROM由图3所示可知，用于该映象的BOOTROM包含两部分：起始引导程序（BootStrap Programs)和驻留ROM的VxWorks映象，VxWorks系统文本段驻留在ROM，搬移程序bootInit.c负责将数据段和bss段搬移到用户定义的低端内存地址RAM_LOW_ADRS，直接启动VxWorks映像（含符号表）。此时，RAM_LOW_ADRS是VxWorks映象的加载点，它也是VxWorks数据段的起始点。在Tornado工作台的Build窗口中，选择VxWo

11、rks映象Rules属性页中的VxWorks_romResident即可生成驻留ROM的VxWorks BOOTROM。3 VxWorks的启动过程根据上述所采用的BOOTROM的不同，VxWorks的启动过程会有所不同，下面主要介绍一下使用可加载VxWorks映像的启动过程。此时，从目标板上电复位到启动用户定义的任务的整个流程如下：ROM Boot程序 被搬移到RAM中执行usrConfig.c : usrRoot( ) 初始化内存，系统时钟，I/O系统，标准输入输出错，异常处理，添加用户应用程序3.1 可加载VxWorks映象的BOOT过程Boot中几个关键宏定义:#define LOCA

12、L_MEM_LOCAL_ADRS 0x00000000#define ROM_TEXT_ADRS 0x100 ROM Boot程序执行起始地址( romStart( ) )#define ROM_OFFSET(adr) (UINT)adr - (UINT)romInit) + ROM_TEXT_ADRS)define BOOT_LINE_OFFSET 0x1200#define BOOT_LINE_ADRS (char *) (LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS+BOOT_LINE_OFFSET) ldFileFromMch时, 从该起始地址读取加载要用到的tBootParamsdefi

13、ne RAM_LOW_ADRS 0x10000 boot Rom将控制权交给VxWorks的起始进入点( usrInit( ) ). boot启动之后，将系统映像从Flash上copy或解压到RAM_LOW_ADRS地址处，并跳转到该地址执行define VERSION_START_ADRS 0x10000 版本加载完后的执行入口地址.# define FREE_RAM_ADRS (end) start right after bss of VxWorks # define FREE_MEM_START_ADRS (FREE_RAM_ADRS + WDB_POOL_SIZE) bootRom中

14、的pMemPoolStart在本系统中, BPC以及FS单板的启动流程可概括如下:3.1.1 BOOTROM的启动过程1、 romInit.s目标板加电之后，程序指针指向RESET中断程序入口处，开始执行初始化程序romInit.s，设置机器状态字及其它硬件相关寄存器，关闭中断，禁止程序和数据CACHE，初始化内存，并设置堆栈指针，保存启动类型，调用romStart.c中的romStart( )。 The default base address for the internal memory map register(IMMR) is 0xFF40_0000. Because IMMRBAR

15、 is at offset 0x0 from the beginning of the local access registers, IMMRBAR always points to itself., 在romInit中首先会将这个默认值改为我们自定义的一个内存映像基地址,在本系统中这个歌基地址定义为0xE0000000。 /* initialize the IMMR register */lis r4, HI (CCSBAR)ori r4, r4, LO (CCSBAR) lis r8,HI(CCSBAR_INIT) /* IMMR was at 0xff400000 */ori r8,

16、r8, LO(CCSBAR_INIT) /* IMMR now at CCSBAR */ stw r4,0(r8)isync/*set windows size and attribute, config boot at 0xfff000000xffffffff */WRITEADR(r6,r7,M83XX_LBLAWBARn(CCSBAR,0), 0x80000000) WRITEADR(r6,r7,M83XX_LBLAWARn(CCSBAR,0),(LAWAR_ENABLE|LAWAR_SIZE_2GB )/* DUART波特率设定 0x6c8 for 266M */WRITEADRB(r

17、17,r18,MPC83XX_UDMB1(CCSBAR),0x06) WRITEADRB(r17,r18,MPC83XX_UDLB1(CCSBAR),0xc8)SPMF 4:1 ie 4*66.67Mhz = 266Mhz CSB. the desired baud rate = platform clock frequency / (16 x UDMB|UDLB= 266M/（160x06c8）=96002、 romStart( )sync程序跳到第一个C程序romStart.c的函数romStart( )入口地址，根据堆栈中的参数决定是否清零内存RAM（如是冷启动cold start,则清

18、零），根据不同的bootRom文件，把ROM中数据段和文本段拷贝到RAM（如果ROM代码是压缩的，还要解压）；3、 usrInit( )程序跳到RAM入口地址(usrConfig.c中的函数usrInit( ) )，usrInit( )中清零bss段（这也是未赋初始值的全局变量在编译后初始值为0的原因），调用excVecInit() 安装异常向量（excVecInit会将excIntHandle注册到相应的异常上）,初始化异常处理程序，调用cacheLibInit（）,设置cache的指令与数据工作模式，调用sysHwInit( )对板级硬件初始化，调用usrKernelInit( )配置wi

19、nd Kernel, 调用KernelInit( ) 进行内核初始化。4、 KernelInit( )初始化内核及内存池, 主要是中断堆栈及根任务堆栈初始化，初始化任务Tcb 并生成根任务usrRoot( )。*kernelInit - initialize the kernel. The routine kernelRoot() is called before the users root routine so *that memory management can be initialized. *The memory setup is as follows For _STACK_GRO

20、WS_DOWN:* - HIGH MEMORY -* - - pMemPoolEnd* | | We have to leave room for this block headers* | 1 BLOCK_HDR | so we can add the root task memory to the pool.* -* | WIND_TCB |* - - pRootStackBase;* | ROOT STACK |* -* | 1 FREE_BLOCK | We have to leave room for these block headers* | 1 BLOCK_HDR | so w

21、e can add the root task memory to the pool.* - - pRootMemStart;* -* FREE MEMORY POOL pool initialized in kernelRoot()* - - pMemPoolStart + intStackSize; vxIntStackBase* | INTERRUPT STACK |* - - pMemPoolStart; vxIntStackEnd* - LOW MEMORY -kernelInit( ) 函数参数包括：FUNCPTR rootRtn, /* user start-up routine

22、 */Unsigned rootMemSize, /* memory for TCB and root stack */char * pMemPoolStart, /* beginning of memory pool */char * pMemPoolEnd, /* end of memory pool */unsigned intStackSize, /* interrupt stack size */int lockOutLevel /* interrupt lock-out level (1-7) */ rootRtn: 用以产生作为根任务的应用程序，典型的为usrRoot( ) ro

23、otMemSize: 使用的堆栈大小 pMemPoolStart: 可用的起始内存地址，位于VxWorks映象( bootRom启动过程中, 位于从ROM中搬迁过来的boot镜像)的代码段，数据段和bss 段之后，如果包含可选的主机内存池，则还要加上WDB_POOL_SIZE。 pMemPoolEnd: 由sysMemTop( )定义的内存顶部 intStackSize: 中断堆栈的大小 lockOutLevel: 中断封锁级别kernelInit( ) 调用intLockLevelSet( )，关闭循环模式，创建一个中断堆栈（如果结构支持的话)。然后从内存池的顶部创建一个根堆栈和TCB，创建

24、一个根任务usrRoot，并终止usrInit( )线程的执行。此时使能中断，所有的中断源已被关闭，未决中断已被清除。VxWorks RAM空间分配图，斜线部分可以被malloc申请：VxWorks for PowerPC的内存分配图：PowerPC体系结构的内存结构包括5大部分，分别为系统映像（System Image）之前的系统启动相关的低端内存，系统映像，Host Memory Pool，中断堆栈以及系统内存池（System Memory Pool）。下面就各部分进行介绍。1. 系统映像之前的低端内存包括中断向量表（Interrupt Vector Table），共享内存标志（SM An

25、chor），启动参数（Boot Line），异常信息（Exception Message）和初始化堆栈（Initial Stack）。中断向量表（异常向量表）占据0x0到0x3000地址的12KB的空间，保存有重要的中断向量信息；共享内存标志占据0x4100到0x4200地址的100字节，它的作用是标志是否有网络共享内存和VxMP共享内存对象；启动参数是保留VxWorks启动的时候所用的参数，如：qefcc(0,0)host:vxWorks h=192.1.1.1 e=192.254.0.4 u=cca pw=cca tn=cca异常信息，起始地址是0x4300，如果启动过程中出现致命异常，则

26、系统将异常信息保留在这段内存中。如果系统启动过程中失败，我们首先要看的是这段地址中记录的异常信息，可以使用d 0x4300命令查看其中记录的内容。初始化堆栈，是给usrInit()使用的初始化堆栈，直到usrRoot()分配堆栈。起始地址是0x4C00。2. 系统映像系统映像是ELF格式的文件，boot启动之后，将系统映像(boot映像或版本映像)从Flash上copy或解压（如果是压缩版本）到RAM_LOW_ADRS地址处，并跳转到该地址执行。系统映像包括三部分：TEXT段、DATA段、BSS段。其中TEXT段是代码段，使用的内存基本是必须的；DATA段是数据段，包括已经初始化的全局变量和数

27、组；而BSS段是未初始化的数据段，包括未初始化的全局变量和数组，实际上基本不占用Flash存储空间，在VxWorks系统启动的时候在内存将其进行扩展为全零。代码段的起始地址：RAM_LOW_ADRS，终止地址：VxWorks定义的char etext；数据段的起始地址：VxWorks定义的char etext，终止地址：VxWorks定义的char edata；BSS段的起始地址：VxWorks定义的char edata，终止地址：VxWorks定义的char end。FREE_RAM_ADRS指向VxWorks定义的char end，即BSS段的最后，也是映像的最后。end是由loader在

28、动态加载时确定的，从源码里找不到。首先取得end变量的地址，再减去低RAM_LOW_ADRS的空间，即得到系统映像的大小：dwImageSize = (WORD32)end - RAM_LOW_ADRS;3. Host Memory PoolHost Memory Pool是在VxWorks上驻留的调试工具使用的内存空间，可以根据WDB_POOL_SIZE宏值得到。该部分大小一般有十几M左右。起始地址：VxWorks定义的char end，终止地址：end+WDB_POOL_SIZE。4. 中断堆栈：中断堆栈的大小可以由宏ISR_STACK_SIZE定义可以得出。5. 系统内存池这部分是给Vx

29、Works用户程序使用的存储空间，用户通过malloc动态申请获得，这部分可以说是最大的内存空间，当物理内存不够需要优化时需要重点考虑。5、 usrRoot( )本系统的根任务函数usrRoot( )在prjConfig.c中。在该任务中初始化内存，系统时钟，I/O系统，标准输入输出错，异常处理，外围设备等。BPC初始任务usrRoot具体所处理的内容如下:void usrRoot (char *pMemPoolStart, unsigned memPoolSize)excIntNestLogInit(); vxMsrSet(vxMsrGet() | taskMsrDefault); /* E

30、nable interrupts at appropriate point in root task */usrKernelCoreInit (); /* core kernel facilities */memInit (pMemPoolStart, memPoolSize); /* full featured memory allocator */memPartLibInit (pMemPoolStart, memPoolSize); /* core memory partition manager */usrMmuInit (); /* basic MMU component */sysClkInit (); /* System clock component */selectInit (NUM_FILES); /* select */usrIosCoreInit (); /* core I/O system */usrKernelExtraInit (); /* extended kernel facilities */usrIosExtraInit (); /* extended I/O system */usrNetworkInit (); /* Initialize the network subsystem */selTaskDeleteHoo