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1 VxWorks系統(tǒng)的啟動流程 嵌入式VxWorks操作系統(tǒng)的啟動包括兩個階段，一是BootRom引導(dǎo)，二是VxWorks操作系統(tǒng)映像的啟動。BootRom映像也叫做啟動映像，它主要是初始化串口、網(wǎng)口等很少的硬件系統(tǒng)來下載VxWorks映像。VxWorks映像包含完整的VxWorks OS，是真正在目標(biāo)板上運(yùn)行的操作系統(tǒng)。它啟動后會重新初始化幾乎所有的硬件系統(tǒng)，這樣操作系統(tǒng)才可以在目標(biāo)板上正常運(yùn)行。兩種映像的區(qū)別如表 1所示。 VxWorks內(nèi)核有多種啟動流程。本文基于的聲吶原型機(jī)采用了最常見的一種啟動方法，將BootRom映像存放在Flash中，負(fù)責(zé)初始化一些簡單的硬件如網(wǎng)口、串口等，然后下載VxWorks映像到RAM中并將控制權(quán)交由操作系統(tǒng)開始執(zhí)行。VxWorks映像存放在干端主機(jī)上，通過網(wǎng)絡(luò)加載到目標(biāo)機(jī)中，啟動時還需要打開FTP進(jìn)行配置。圖 1所示為基于網(wǎng)絡(luò)加載的VxWorks啟動方式。此種啟動方法比較繁瑣，而且需要網(wǎng)絡(luò)的支持，啟動速度也比較慢。 產(chǎn)品定型之后，BootRom映像和VxWorks映像不再需要進(jìn)行修改，本文建立基于Flash的文件系統(tǒng)，將VxWorks映像拷貝到文件系統(tǒng)中，通過Flash文件系統(tǒng)加載VxWorks映像，不需要網(wǎng)絡(luò)和FTP軟件的支持，提高了啟動速度。基于Flash文件系統(tǒng)的加載的VxWorks啟動方式如圖 2所示。 2 Flash文件系統(tǒng) 2.1 文件系統(tǒng)比較與選擇 文件系統(tǒng)的選擇與存儲設(shè)備的物理特性和系統(tǒng)的要求密切相關(guān)。I/O系統(tǒng)、文件系統(tǒng)和塊設(shè)備之間的聯(lián)系如圖 3所示。 dosFs文件系統(tǒng)是一種與MS_DOS文件系統(tǒng)相兼容的文件系統(tǒng)，具有能夠滿足實(shí)時應(yīng)用的多種要求;支持可擴(kuò)展的目錄結(jié)構(gòu);支持使用連續(xù)文件;支持存儲盤緩存，提高數(shù)據(jù)讀寫效率的特點(diǎn)。 TrueFFS(簡稱TFFS)旨在提高閃存的使用效率。它具有線程安全、可重入的特點(diǎn)，忽略了底層存儲介質(zhì)的不同，使得用戶可以像操作磁質(zhì)設(shè)備一樣操作存儲介質(zhì)。通過wear-leveling技術(shù)、磨損均衡及碎片回收等機(jī)制平衡所有存儲單元的使用頻率，以此來達(dá)到延長存儲介質(zhì)使用壽命的目的。但是TrueFFS不能單獨(dú)使用，需要DOS文件系統(tǒng)的支持。 因此本文選擇在嵌入式VxWorks操作系統(tǒng)下基于Flash建立TFFS系統(tǒng)，在TFFS上掛載dosFs文件系統(tǒng)來進(jìn)行I/O操作。如此一來，對Flash設(shè)備中文件和數(shù)據(jù)的讀取就像對磁盤操作一樣，方便快捷。 2.2 TrueFFS系統(tǒng)分析 VxWorks下的TFFS位于dosFs文件系統(tǒng)和底層硬件之間，由一個核心層和翻譯層、MTD層、Socket層三個功能層組成。要在VxWorks下包含TFFS系統(tǒng)，每一層至少有一個軟件模塊與之對應(yīng)。圖4為TFFS結(jié)構(gòu)圖。 核心層(Core Layer)的主要作用是將其它三層有機(jī)結(jié)合起來，同時還控制著碎片回收、定時器和其他一些系統(tǒng)資源。翻譯層(Translation Layer)是TrueFFS系統(tǒng)的核心，主要實(shí)現(xiàn)TrueFFS和DOS文件系統(tǒng)(dosFs)之間的高級交互功能。MTD(Memory Technology Drivers)層針對具體Flash存儲器件，提供讀、寫、擦除、ID識別、映射等基本操作。Socket層(Socket Layer)，又稱套接層，提供TrueFFS和硬件系統(tǒng)之間的接口，用來向系統(tǒng)注冊socket設(shè)備、檢測設(shè)備插拔、硬件寫保護(hù)等。 3 TrueFFS系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 功能層的實(shí)現(xiàn) 為了使生成的VxWorks映像支持TrueFFS系統(tǒng)，需要對如下文件進(jìn)行配置： config.h用來定義系統(tǒng)包含的配置，這使得VxWorks的初始化代碼調(diào)用tffsDrv()來創(chuàng)建管理TrueFFS所需的結(jié)構(gòu)和全局變量，并在運(yùn)行MTD確認(rèn)程序之前為所有掛接了的Flash設(shè)備注冊socket組件驅(qū)動。在鏈接時，通過解析與tffsDrv()相關(guān)聯(lián)的符號可以將TrueFFS所必須的軟件模塊鏈接到VxWorks映像中。 xxxMtd.c是MTD驅(qū)動文件，主要包含了針對所使用的具體Flash設(shè)備所編寫的底層驅(qū)動函數(shù)，由于我們使用的Flash是SPANSION公司的S29GL512P10TFIR20芯片，Tornado或者Workbench并未提供相應(yīng)的MTD驅(qū)動，需要自己編寫，具體在3.2節(jié)中進(jìn)行了闡述。 sysTffs.c文件將TrueFFS三個功能層鏈接到一起，并與VxWorks關(guān)聯(lián)并決定應(yīng)該包含哪個翻譯層和MTD模塊，本文Flash芯片采用的是NOR-based技術(shù)，包含INCLUDE_TL_FTL組件即可。 tffsConfig.c文件在mtdTable[]表中注冊自己的MTD。如果你新寫了一個MTD并希望TrueFFS可以識別它，就需要在此表中添加它的注冊信息。 Makefile文件用來添加TrueFFS的目標(biāo)文件。 3.2 MTD驅(qū)動的編寫 MTD和具體的Flash存儲器相關(guān)，實(shí)現(xiàn)讀、寫、擦除、映射等操作，這里我們針對S29GL512P10TFIR20芯片編寫了驅(qū)動文件的入口函數(shù)、Flash映射函數(shù)、Flash擦除函數(shù)、Flash寫函數(shù)。擦除和寫函數(shù)是編寫MTD驅(qū)動時最關(guān)鍵的兩個函數(shù)。 MTD入口函數(shù)主要用來探測設(shè)備并識別設(shè)備ID。若返回的設(shè)備ID是其支持的設(shè)備ID，則對FLFlash結(jié)構(gòu)成員進(jìn)行初始化;否則返回失敗。 Flash地址映射函數(shù)將系統(tǒng)傳遞給map函數(shù)的Flash片內(nèi)地址轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)地址。一般直接在片內(nèi)地址的基礎(chǔ)上加上Flash的基地址即可。 Flash擦除函數(shù)主要用于擦除TrueFFS管理的Flash區(qū)域。Flash的擦除操作是成塊進(jìn)行的，擦除前先要對扇區(qū)進(jìn)行解鎖，然后寫入擦除建立和擦除扇區(qū)命令，擦除成功后，內(nèi)容應(yīng)該均為1，以此來判斷是否擦除成功。 Flash寫函數(shù)主要實(shí)現(xiàn)寫Flash操作。寫入前首先要對扇區(qū)解鎖，然后判斷是否是改寫操作，若是則需要進(jìn)行擦除操作，否則直接寫命令、寫數(shù)據(jù)。最后需要判斷數(shù)據(jù)是否寫完。 MTD驅(qū)動文件的編寫需要注意幾個方面：(1)Flash芯片的數(shù)據(jù)手冊中給出指令地址是按字而言的，在本文中不能直接使用，需要左移一位。(2)擦除和寫操作是需要屏蔽中斷的，可以用intLock()函數(shù)來屏蔽中斷，用intUnlock()函數(shù)來使能中斷。(3)可以在各個操作函數(shù)中添加打印信息以方便調(diào)試。 4 嵌入式文件系統(tǒng)的創(chuàng)建 一旦VxWorks包含了TrueFFS系統(tǒng)，啟動時usrRoot()會調(diào)用tffsDev()進(jìn)行設(shè)備初始化，通過xxxRegister()函數(shù)注冊socket驅(qū)動。此過程如圖 5所示。 4.1 Flash設(shè)備的識別 在TrueFFS中包含了INCLUDE_TFFS_SHOW 和INCLUDE_SHOW_ROUTINES后，就可以在shell中使用tffsShow()和tffsShowAll()任意一個顯示程序來識別Flash設(shè)備。 4.2 格式化TrueFFS 在實(shí)際加載使用TrueFFS之前，需要格式化TrueFFS。格式化是否成功，在于你的MTD驅(qū)動代碼是否正確。因此可以用格式化操作來調(diào)試MTD層。在shell中輸入tffsDevFormat命令來格式化TrueFFS，tffsDevFormat最終會調(diào)用s29gl512MTDErase()和s29gl512MTDWrite()函數(shù)。這兩個函數(shù)是MTD層的主要的兩個函數(shù)。格式化成功則返回0，否則返回-1。 4.3 掛載DOS設(shè)備名 格式化TrueFFS成功之后，就可以給Flash設(shè)備掛接DOS設(shè)備名了。在usrTffs.c文件中提供了一個標(biāo)準(zhǔn)的初始化函數(shù)usrTffsConfig()，可用來在TrueFFS塊設(shè)備上建立dosFs文件系統(tǒng)。加載完成后，就可以使用加載點(diǎn)來訪問文件系統(tǒng)了。 5 文件系統(tǒng)測試 一般為了調(diào)試MTD驅(qū)動的方便，在VxWorks映像中建立文件系統(tǒng)而非在BootRom中建立文件系統(tǒng)。先通過網(wǎng)絡(luò)加載VxWorks映像。在shell中調(diào)試MTD驅(qū)動，創(chuàng)建TrueFFS系統(tǒng)。然后使用dosFs文件系統(tǒng)的相關(guān)命令如copy等將VxWorks映像拷貝到TrueFFS文件系統(tǒng)中，改變config.h中的啟動引導(dǎo)行，從文件系統(tǒng)加載。修改完后，重新編譯生成bootrom_uncmp.bin，并把它燒寫到Flash中然后重新啟動，在超級終端中即可看到如圖 6和圖 7所示的啟動畫面。 6 結(jié)束語 本文首先介紹了VxWorks系統(tǒng)的啟動流程和加載方式，分析了網(wǎng)絡(luò)加載的缺點(diǎn)和建立Flash文件系統(tǒng)的必要性;接著介紹了VxWorks下支持的文件系統(tǒng)，選擇了適用于硬件平臺和系統(tǒng)需求的TrueFFS文件系統(tǒng);然后分析了TrueFFS文件系統(tǒng)需要配置的文件以及驅(qū)動層的編寫;最后在文件配置好的基礎(chǔ)上創(chuàng)建TrueFFS文件系統(tǒng)并對文件系統(tǒng)進(jìn)行了測試，成功基于文件系統(tǒng)加載了VxWorks映像，將系統(tǒng)的啟動時間縮短到了20s，提高了產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)。 |
