Bootrom功能改进经验谈.docx

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Bootrom功能改进经验谈

Bootrom功能改进经验谈

　　摘要：

以VxWorks嵌入式实时操作系统为例，介绍了改进启动代码功能的四点经验：

具备故障保护功能的Bootrom的自我在线更新；增加重启功能；自动运行应用软件；多种应用软件的选择。

关键词：

Bootrom嵌入式实时操作系统FTP

VxWorks是美国WindRiverSystem公司于1983年设计开发后个运行在目标机上的高性能、可裁减的嵌入式实时操作系统。

它是一种功能强大而且比较复杂的操作系统，包括了进程管理、存储管理、设备管理、文件系统管理、网络协议及系统应用等几部分。

VxWorks为程序员提供了高效的实时多任务调度、中断管理、实时的系统资源以及实时的任务间通信。

其核心功能主要有微内核、任务间通信机制、网络支持、文件系统和I/O管理、POSIX标准实时扩展以及C++等其他标准支持。

在各种CPU平台上提供了统一的编程接口和一致的运行特性，尽可能地屏蔽不同CPU之间的底层差异。

应用程序员可以将尽可能多的精力放在应用程序本身，而不必关心系统资源的管理。

VxWorks以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精类技术及实时要求极高的领域中，如卫星通信、弹道制导、飞机导航等。

设计师通常利用VxWorks开发Bootrom代码。

Bootrom相当于PC机中的BIOS，它完成对加载过程中所需设备的初始化及驱动；然后，通过某种可选择的通信手段，将VxWorks内核加载。

VxWorks内核相关于PC机上的操作系统，如Linux、Windows。

此外，Bootrom还提供了一些辅助功能，如地址内容查看、地址内容修改和Bootrom菜单显示信息控制等功能。

但是，在实际应用中，这些功能不够丰富，便利性不足。

本文介绍了几点笔者在工作中行之有效的改进Bootrom功能的经验。

1具备故障保护功能的Bootrom的自我在线更新

Bootrom一般以二进制文件的方式保存在非易失怀存储介质，例如Flash、CF卡、EPROM中。

通常需要仿无休止器、烧结器或JTAG工具等才能将代码烧入这类介质，在实际应用中非常不便。

以Flash为例介绍如何在线更新Bootrom。

首先，为了做到故障保护，防止在更新过程中发生更新文件出错、断电等灾难性故障，Bootrom的数据必须在更新之前备份在Flash的另一区域。

因此，Flash中必须存在两片物理区域，暂且命名为PA和PB，每片512KB。

两片物理区域的起始地址可以互换，其中一片区域的起始地址必须为系统的上电启动地址，这个地址因处理器而异，例如，PowerPC体系结构的处理器的启动地址一般是0xfff00100，而MIPS体系结构的处理器的启动地址是0xbfc00000。

在逻辑上，以启动地址开始的区域为主Boot区，另一片区域为备Boot区。

为了实现地址互联换，在CPU模块和Flash芯片之间，增加了一片CPLD和一个跳线或拨号开关，开关信号JP输入到CPLD。

CPU访问Flash的地址信号和片选信号经过CPLD进行地址互换，再到Flash芯片。

如果不跳线，JP信号为高，则PA的起始地址为启动地址，PA为主Boot区，PB为备Boot区；否则，JP信号为低，PB的起始地址为启动地址，PB为主Boot区，PA为备Boot区。

默认情况下，PA为主Boot区。

如图1。

如果系统中有两片Flash芯片，可以不用CPLD，选用另一种地址互换方式，如图2。

两个二选一逻辑实现两片Flash片选信号的互换，从而实现了地址的互换。

地址互换机制屏蔽了PA和PB实际物理位置的差别，给底层软件提供了一个统一的接口，带来的好处不言而喻。

Bootrom数据总线是从主Boot区备份到备Boot区，系统总是从主Boot区启动。

其次，编写Flash擦写驱动函数。

Flash是一种读写非对称器件，读数据与普通器件一样，比较简单；而写必须根据芯片厂商提供的算法，先擦除欲写入数据的区域，以扇区为单位，然后写入数据。

函数flashUpdate（char*sourceAddr,char*destAddr,intLength）集成了擦除和写入两个步骤。

再次，在文件Bootrom操作接口函数bootCmdLoop（）中增加新命令“u”。

switch（*（pLine++））{

……

case‘u‘;/*更新Bootrom*/

……/*下载更新代码并更新*/

break;

……

}

“u”命令的实现流程如图3。

除了flashUpdate（）之外，其它函数都由VxWorks本身提供。

如果更新挫败，则改变JP设置，从备份Bootrom启动，再次更新Bootrom或运行应用软件。

2增加重启功能

VxWorks的Bootrom用户命令缺少重启功能，给调试和实际应用带来诸多不便。

与Bootrom在线更新方法相同，增加这项功能其实并不难，只要在函数bootCmdLoop中增加新命令“r”，在命令中调用系统重启函数sysReboot（）即可。

SysReboot（）由设计师根据系统的不同自行编写。

Switch（*（pLine++））{

……

case‘r‘;/*重启系统*/

sysReboot（）;

break;

……

}

举一反三，还可以根据需要在Bootrom中增加许多自己的命令

　　。

完成之后，不要忘了在Bootrom命令解释函数bootHelp（）中添加新增命令的用途、用法等帮助信息。

3自动运行应用软件

在实际应用中，一般将上层软件和VxWorks映象链接在一起，暂且称之为应用程序。

默认情况下，当Bootrom运行后，它会倒计时7s，然后从启动参数指定的路径下载应用程序。

但是，因为Bootrom提供了启动参数修改命令，启动参数可能由于某些原因发生更改。

例如调试时需要从FTP服务器下载，或者疏忽好奇等，给下次应用带来不少麻烦，很可能出现应用程序下载挫败等故障。

为了保证自动启动总是从固定路径下载应用程序，而不受启动参数的影响，需要修改文件中的自动启动函数autoboot。

例如，自动启动总是从CF卡读取应用程序。

if（bytesRead==0）{/*倒计时期间没有输入*/

LoadApplicationImage（）;/*复制应用程序映象到起始地址为Entry的内存中*/

go（（FUNCPTR）ENTRY;/*从Entry地址开始运行*/

}

else{

……

}

Entry是应用程序的入口地址，VxWorks系统中该值是RAM_LOW_ADRS。

LoadApplicationImage（）函数将应用程序映旬从CF卡复制到起始地址为Entry的内存中，然后将PC指针指向该地址，启动系统。

如果在倒计时期间有字符输入，则进入Bootrom的命令界面，用户可以修改启动参数，然后按“@”从启动参数指定的路径下载程序，而不影响调试，但是更改后的参数不会影响下次自动启动的下载路径。

4多种应用软件的选择

在通信领域，许多产品的硬件平台其实相同，区别在于应用软件。

不同的软件塑造出了一个个特色鲜明的产品。

如果能够将不同的软件集成到一个硬件平台上，由用户在启动时选择，那么这个产品就拥有一机多能的特性，大大增强了产品的市场竞争力。

退而言之，即使硬件平台只适合于一种应用软件，将故障检测程序作为另一种应用软件，会带给产品测试和现场维修人员诸多的方便。

参考以上三点经验，在Bootrom中增加这项功能并非难事。

以两个应用软件为例，在函数bootCmdLoop（）中增加新命令“o”（other的编写），如下所示。

switch（*（pLine++））{

……

case‘o‘:

/*启动另一应用软件*/

LoadAnoterApplicationImage（）;/*复制另一应用程序映象到起始地址为Entry的内存中*/

AutoSystemVersionSet（）;/*询问用户是否将另一应用软件设置为默认启动*/

go（（FUNCPTR）Entry）；/*从Entry地址开始运行*/

break;

……

}

在Bootrom代码中定义一个变量defaultVersion，用于记录谁是默认的启动软件，该变量保存在Flash等非易失媒质中。

上电后，如果在倒计暑期间没有任何输入，系统自动启动defaultVersion指定的应用软件；否则，用户进入命令界面。

如果键入“o”命令，Bootrom调用函数LoadAnotherApplicationImage（）将另一应用程序映象复制到起始地址为Entry的内存区域，然后询问用户是否希望将另一应用程序设置为默认启动；如果用户回答“是”，更改defaultVersion值；否则，defaultVersion值不变。

最后运行当前选定的应用软件。

上述的几点经验大部分是修改文件的代码。

因为是一个公用文件，为了不影响其它底层软件的开发，建议将它复制到当前Bootrom开发目录下，并且在Makefile文件中增加定义：

BOOTCONFIG=。

嵌入式系统开发需要经常开辟新的思路，一些微小的简单改动通常能够带给产品新的功能和特征。

启动代码是嵌入式系统的重要组成部分。

笔者的以上四点经验在PowerPC处理器平台和MIPS处理器平台上得到了验证，希望对其它系统的启动代码的开发有所借鉴和启迪。