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1 VxWorks系統的啟動流程 嵌入式VxWorks操作系統的啟動包括兩個階段，一是BootRom引導，二是VxWorks操作系統映像的啟動。BootRom映像也叫做啟動映像，它主要是初始化串口、網口等很少的硬件系統來下載VxWorks映像。VxWorks映像包含完整的VxWorks OS，是真正在目標板上運行的操作系統。它啟動后會重新初始化幾乎所有的硬件系統，這樣操作系統才可以在目標板上正常運行。兩種映像的區別如表 1所示。 VxWorks內核有多種啟動流程。本文基于的聲吶原型機采用了最常見的一種啟動方法，將BootRom映像存放在Flash中，負責初始化一些簡單的硬件如網口、串口等，然后下載VxWorks映像到RAM中并將控制權交由操作系統開始執行。VxWorks映像存放在干端主機上，通過網絡加載到目標機中，啟動時還需要打開FTP進行配置。圖 1所示為基于網絡加載的VxWorks啟動方式。此種啟動方法比較繁瑣，而且需要網絡的支持，啟動速度也比較慢。 產品定型之后，BootRom映像和VxWorks映像不再需要進行修改，本文建立基于Flash的文件系統，將VxWorks映像拷貝到文件系統中，通過Flash文件系統加載VxWorks映像，不需要網絡和FTP軟件的支持，提高了啟動速度�；贔lash文件系統的加載的VxWorks啟動方式如圖 2所示。 2 Flash文件系統 2.1 文件系統比較與選擇 文件系統的選擇與存儲設備的物理特性和系統的要求密切相關。I/O系統、文件系統和塊設備之間的聯系如圖 3所示。 dosFs文件系統是一種與MS_DOS文件系統相兼容的文件系統，具有能夠滿足實時應用的多種要求;支持可擴展的目錄結構;支持使用連續文件;支持存儲盤緩存，提高數據讀寫效率的特點。 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，忽略了底層存儲介質的不同，使得用戶可以像操作磁質設備一樣操作存儲介質。通過wear-leveling技術、磨損均衡及碎片回收等機制平衡所有存儲單元的使用頻率，以此來達到延長存儲介質使用壽命的目的。但是TrueFFS不能單獨使用，需要DOS文件系統的支持。 因此本文選擇在嵌入式VxWorks操作系統下基于Flash建立TFFS系統，在TFFS上掛載dosFs文件系統來進行I/O操作。如此一來，對Flash設備中文件和數據的讀取就像對磁盤操作一樣，方便快捷。 2.2 TrueFFS系統分析 VxWorks下的TFFS位于dosFs文件系統和底層硬件之間，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，每一層至少有一個軟件模塊與之對應。圖4為TFFS結構圖。 核心層(Core Layer)的主要作用是將其它三層有機結合起來，同時還控制著碎片回收、定時器和其他一些系統資源。翻譯層(Translation Layer)是TrueFFS系統的核心，主要實現TrueFFS和DOS文件系統(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和硬件系統之間的接口，用來向系統注冊socket設備、檢測設備插拔、硬件寫保護等。 3 TrueFFS系統設計 3.1 功能層的實現 為了使生成的VxWorks映像支持TrueFFS系統，需要對如下文件進行配置： config.h用來定義系統包含的配置，這使得VxWorks的初始化代碼調用tffsDrv()來創建管理TrueFFS所需的結構和全局變量，并在運行MTD確認程序之前為所有掛接了的Flash設備注冊socket組件驅動。在鏈接時，通過解析與tffsDrv()相關聯的符號可以將TrueFFS所必須的軟件模塊鏈接到VxWorks映像中。 xxxMtd.c是MTD驅動文件，主要包含了針對所使用的具體Flash設備所編寫的底層驅動函數，由于我們使用的Flash是SPANSION公司的S29GL512P10TFIR20芯片，Tornado或者Workbench并未提供相應的MTD驅動，需要自己編寫，具體在3.2節中進行了闡述。 sysTffs.c文件將TrueFFS三個功能層鏈接到一起，并與VxWorks關聯并決定應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，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的目標文件。 3.2 MTD驅動的編寫 MTD和具體的Flash存儲器相關，實現讀、寫、擦除、映射等操作，這里我們針對S29GL512P10TFIR20芯片編寫了驅動文件的入口函數、Flash映射函數、Flash擦除函數、Flash寫函數。擦除和寫函數是編寫MTD驅動時最關鍵的兩個函數。 MTD入口函數主要用來探測設備并識別設備ID。若返回的設備ID是其支持的設備ID，則對FLFlash結構成員進行初始化;否則返回失敗。 Flash地址映射函數將系統傳遞給map函數的Flash片內地址轉換為系統地址。一般直接在片內地址的基礎上加上Flash的基地址即可。 Flash擦除函數主要用于擦除TrueFFS管理的Flash區域。Flash的擦除操作是成塊進行的，擦除前先要對扇區進行解鎖，然后寫入擦除建立和擦除扇區命令，擦除成功后，內容應該均為1，以此來判斷是否擦除成功。 Flash寫函數主要實現寫Flash操作。寫入前首先要對扇區解鎖，然后判斷是否是改寫操作，若是則需要進行擦除操作，否則直接寫命令、寫數據。最后需要判斷數據是否寫完。 MTD驅動文件的編寫需要注意幾個方面：(1)Flash芯片的數據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()函數來屏蔽中斷，用intUnlock()函數來使能中斷。(3)可以在各個操作函數中添加打印信息以方便調試。 4 嵌入式文件系統的創建 一旦VxWorks包含了TrueFFS系統，啟動時usrRoot()會調用tffsDev()進行設備初始化，通過xxxRegister()函數注冊socket驅動。此過程如圖 5所示。 4.1 Flash設備的識別 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設備。 4.2 格式化TrueFFS 在實際加載使用TrueFFS之前，需要格式化TrueFFS。格式化是否成功，在于你的MTD驅動代碼是否正確。因此可以用格式化操作來調試MTD層。在shell中輸入tffsDevFormat命令來格式化TrueFFS，tffsDevFormat最終會調用s29gl512MTDErase()和s29gl512MTDWrite()函數。這兩個函數是MTD層的主要的兩個函數。格式化成功則返回0，否則返回-1。 4.3 掛載DOS設備名 格式化TrueFFS成功之后，就可以給Flash設備掛接DOS設備名了。在usrTffs.c文件中提供了一個標準的初始化函數usrTffsConfig()，可用來在TrueFFS塊設備上建立dosFs文件系統。加載完成后，就可以使用加載點來訪問文件系統了。 5 文件系統測試 一般為了調試MTD驅動的方便，在VxWorks映像中建立文件系統而非在BootRom中建立文件系統。先通過網絡加載VxWorks映像。在shell中調試MTD驅動，創建TrueFFS系統。然后使用dosFs文件系統的相關命令如copy等將VxWorks映像拷貝到TrueFFS文件系統中，改變config.h中的啟動引導行，從文件系統加載。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 結束語 本文首先介紹了VxWorks系統的啟動流程和加載方式，分析了網絡加載的缺點和建立Flash文件系統的必要性;接著介紹了VxWorks下支持的文件系統，選擇了適用于硬件平臺和系統需求的TrueFFS文件系統;然后分析了TrueFFS文件系統需要配置的文件以及驅動層的編寫;最后在文件配置好的基礎上創建TrueFFS文件系統并對文件系統進行了測試，成功基于文件系統加載了VxWorks映像，將系統的啟動時間縮短到了20s，提高了產品的用戶體驗。 |
