基于Pentium處理器VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)BSP的設(shè)計(jì)研究

王軍 上海紅生系統(tǒng)工程有限公司

基于Pentium處理器VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)BSP的設(shè)計(jì)研究

王軍 上海紅生系統(tǒng)工程有限公司

在對(duì)基于Pentium處理器VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們所面臨的一大難點(diǎn)就是如何對(duì)BSP以及與之相關(guān)的技術(shù)性內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。BSP作為整個(gè)操作系統(tǒng)的重要組成部分，其設(shè)計(jì)的科學(xué)與否將對(duì)整個(gè)操作系統(tǒng)的流暢性與功能實(shí)現(xiàn)性帶來(lái)影響。本文就將針對(duì)上述所提到的如何科學(xué)、理性開(kāi)發(fā)BSP等相關(guān)具體問(wèn)題展開(kāi)討論，為設(shè)計(jì)與研發(fā)基于Pentium處理器VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)這一重要命題找到相應(yīng)的舉措，進(jìn)而保障整個(gè)工程項(xiàng)目的及時(shí)有效推進(jìn)。

Pentium處理器 VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) BSP Tornado

VxWorks是美國(guó)高科技行業(yè)的風(fēng)河公司所開(kāi)發(fā)并投入市場(chǎng)的一種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它在正式進(jìn)駐網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)之初就因自身所具備的一系列優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品特性，如內(nèi)核性能優(yōu)越、產(chǎn)品技術(shù)可靠性較高、繼續(xù)開(kāi)發(fā)的前景良好等等，得到了業(yè)內(nèi)人士的高度關(guān)注與贊賞。與此同時(shí)，這一性能優(yōu)越、精良的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)亦得到了廣泛的推廣與應(yīng)用，其中不乏像軍工、航天工程、通信衛(wèi)星等對(duì)操作系統(tǒng)要求極為嚴(yán)格的工程領(lǐng)域?？梢哉f(shuō)，VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在上述各項(xiàng)工程領(lǐng)域中扮演著越來(lái)越重要的角色，其對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)起到?jīng)Q定性的重要作用，值得所有相關(guān)從業(yè)人員對(duì)其進(jìn)行深入探究與分析。下面，我們就將對(duì)VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中涉及到的具體設(shè)計(jì)問(wèn)題予以討論，以期發(fā)現(xiàn)新的對(duì)應(yīng)問(wèn)題解決途徑，為VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的有效開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)提供全新的思路與想法。

1 BSP的概述分析

BSP即是英文詞組Board Support Package的縮寫(xiě)，它的中文翻譯為板級(jí)支持包，通常被簡(jiǎn)稱為BSP。該板級(jí)支持包的位置一般為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)層程序?qū)用媾c主板硬件這兩者之間的一個(gè)層次，相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作人員常常認(rèn)為它是整個(gè)實(shí)時(shí)操作體系內(nèi)一個(gè)基本組成部分。其作用范圍較為明確，主要就是為了達(dá)到對(duì)相應(yīng)操作系統(tǒng)提供相應(yīng)的技術(shù)數(shù)據(jù)支持，能夠做到為上一層面的相關(guān)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序供應(yīng)函數(shù)包，進(jìn)而保證其能夠在硬件主板這一載體上實(shí)現(xiàn)更為優(yōu)質(zhì)、高效地有效運(yùn)行。在一些較常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)軟件之中，我們就能夠發(fā)現(xiàn)對(duì)BSP這一技術(shù)的應(yīng)用。由此可見(jiàn)，BSP是整個(gè)行業(yè)領(lǐng)域范圍內(nèi)一項(xiàng)較為常見(jiàn)的技術(shù)，對(duì)其的應(yīng)用與推廣也相應(yīng)較為普及。

當(dāng)然，在對(duì)BSP進(jìn)行具體的應(yīng)用與實(shí)踐過(guò)程中，我們需要意識(shí)到的是BSP不是固定不變的，它的特性與功能會(huì)隨著其所服務(wù)的系統(tǒng)的改變而有所變化，即每一種獨(dú)立的操作系統(tǒng)下會(huì)存在相對(duì)應(yīng)的BSP，它們彼此是不盡相同的，舉例來(lái)說(shuō)，例如在Linux實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中的BSP與其他不同系統(tǒng)下的BSP，它們具體的編程寫(xiě)作方法與相應(yīng)接口的概念完全是兩個(gè)不同的概念?；诖?，我們?cè)趯?duì)BSP進(jìn)行編寫(xiě)的過(guò)程中，一定要時(shí)刻把握這一概念，要在具體的對(duì)應(yīng)系統(tǒng)對(duì)BSP進(jìn)行定義的前提之下進(jìn)行編寫(xiě)，否則就會(huì)出現(xiàn)BSP編寫(xiě)錯(cuò)誤，進(jìn)而引發(fā)一系列相關(guān)的技術(shù)漏洞與問(wèn)題。

在實(shí)際的技術(shù)實(shí)踐過(guò)程中，我們通過(guò)對(duì)BSP進(jìn)行不斷探索與實(shí)踐之后，總結(jié)出BSP所具備的一些基本作用。其主要作用主要集中在兩大方面，一是創(chuàng)建一個(gè)基本環(huán)境，該環(huán)境能夠保證相應(yīng)操作系統(tǒng)能夠在其中實(shí)現(xiàn)有序運(yùn)行，具體包括CPU內(nèi)在的寄存器的初始化操作、設(shè)置RAM的工作運(yùn)行時(shí)間順序、驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘與中斷控制器、串口等一系列相關(guān)命令。二是對(duì)其所設(shè)定的、用于操作系統(tǒng)有效運(yùn)行的環(huán)境進(jìn)行不斷優(yōu)化，主要包括優(yōu)化緩存與內(nèi)存結(jié)構(gòu)單元區(qū)間的驅(qū)動(dòng)、確立程序的開(kāi)啟與終止具體位置、優(yōu)化中斷功能以及系統(tǒng)的總線驅(qū)動(dòng)等。由此可見(jiàn)，BSP對(duì)于整個(gè)操作系統(tǒng)具有著至關(guān)重要的功能與價(jià)值，為保證系統(tǒng)在特定環(huán)境下的有效運(yùn)行與可持續(xù)性開(kāi)發(fā)起到了決定性的作用，是整個(gè)系統(tǒng)操作開(kāi)發(fā)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，非常值得我們所有該行業(yè)從業(yè)者對(duì)其進(jìn)行深入的分析與了解。

2 基于Pentium處理器下BSP的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

下面我們就將針對(duì)基于Pentium處理器下如何對(duì)BSP進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)這一問(wèn)題展開(kāi)詳細(xì)的討論與分析。

2.1 PMI2主板的相關(guān)硬件基本配置說(shuō)明

開(kāi)發(fā)使用的相關(guān)工具與所開(kāi)發(fā)的具體系統(tǒng)操作環(huán)境主要包括：開(kāi)發(fā)板為PMI2主板、內(nèi)存為256M運(yùn)行內(nèi)存、VCA控制器、1．6GHz單核CPU、100/1000M網(wǎng)絡(luò)控制器、Intel82559網(wǎng)卡、進(jìn)行開(kāi)發(fā)操作的軟件為T(mén)ornado2．2，主機(jī)安裝目錄為“C：Tornado2．2”。

2.2 BSP的開(kāi)發(fā)環(huán)境

BSP的開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境是由美國(guó)風(fēng)河科技所研發(fā)出的Tornado2．2，它由三個(gè)主要部分所組成，具體內(nèi)容包括了：進(jìn)行具體開(kāi)發(fā)實(shí)踐的對(duì)應(yīng)工具與所需的相關(guān)實(shí)用程序、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Vx Works用于在主板卡上進(jìn)行運(yùn)行、連接顯控軟件和主板通信設(shè)備中所存在的一系列具體的通訊方式，例如接口、網(wǎng)絡(luò)等。

2.3 設(shè)計(jì)目標(biāo)

通過(guò)對(duì)相關(guān)具體項(xiàng)目進(jìn)行有效布控，在采用一系列上述所提到的軟件與硬件設(shè)施的基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)主板相應(yīng)驅(qū)動(dòng)的BSP，并使其滿足相應(yīng)的要求與條件，如：Pentium處理器、CRT與LVDS通道、IDE硬盤(pán)、對(duì)應(yīng)的以太網(wǎng)控制器、USB2．0鍵盤(pán)與對(duì)應(yīng)鼠標(biāo)。

2010年教育部出臺(tái)《關(guān)于大力推進(jìn)高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的意見(jiàn)》；2015年李克強(qiáng)總理在《政府工作報(bào)告》中多次強(qiáng)調(diào)“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”，并首次提出“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃；2016年所有高校設(shè)置創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程。國(guó)家想要有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素質(zhì)的國(guó)民，應(yīng)從幼兒抓起，重視幼兒創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)的培育。教師是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的實(shí)施者，教學(xué)內(nèi)容的安排、方法的選擇能否符合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的原則，完全取決于教師是否具有創(chuàng)新素質(zhì)，學(xué)前專業(yè)師范生是未來(lái)的幼兒教師，他們的觀念、思想、興趣、愛(ài)好以及思維方式也無(wú)一不對(duì)幼兒產(chǎn)生潛移默化的影響。培育學(xué)前專業(yè)師范生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)是當(dāng)務(wù)之急。

對(duì)BSP進(jìn)行具有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)較為系統(tǒng)、較為復(fù)雜的工程，開(kāi)發(fā)人員必須保證熟知且充分理解Vx Works映像種類，該實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)行次序與整個(gè)流程，BSP這一軟件包中所具體包括的各類文件的作用與構(gòu)成，以及相關(guān)的設(shè)置操作等具體內(nèi)容。唯有此，才能保證整個(gè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目工作的持續(xù)、有效地向前推進(jìn)。

3 基于Pentium處理器下BSP的設(shè)計(jì)過(guò)程

在對(duì)基于Pentium處理器下BSP的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)所涉及到具體內(nèi)容予以分析之后，我們就將對(duì)該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的具體過(guò)程進(jìn)行展開(kāi)論述。

事實(shí)上，對(duì)BSP進(jìn)行具體設(shè)計(jì)這一過(guò)程在整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中屬于較早期的工作內(nèi)容，該項(xiàng)工作對(duì)于保障后期整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部所有程序得以有效、準(zhǔn)確運(yùn)行具有重要的價(jià)值與意義。在對(duì)相關(guān)具體的工程實(shí)踐進(jìn)行分析與總結(jié)之后，我們將基于Pentium處理器下的BSP的研發(fā)工作大致劃分到以下五個(gè)主要部分，它們按照前后順序依次為創(chuàng)建相應(yīng)的具體開(kāi)發(fā)環(huán)境、對(duì)基于PMI2主板下的對(duì)應(yīng)BSP開(kāi)發(fā)包進(jìn)行合理選擇、Boot Rom的具體實(shí)踐與有效運(yùn)行、Vx Works實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)配置與啟動(dòng)、最后的測(cè)試工作與檢驗(yàn)工作。下面，我們就將上述的五個(gè)主要步驟進(jìn)行細(xì)致討論。

3.1 創(chuàng)建相應(yīng)的具體開(kāi)發(fā)環(huán)境

我們需要注意到的是：在具體的調(diào)試環(huán)境之中，實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)擁有一整套具有高度操控性與實(shí)踐性的對(duì)應(yīng)開(kāi)發(fā)工具，它與我們常常所使用的電腦桌面操作系統(tǒng)是完全不同的兩個(gè)概念，該操作系統(tǒng)在實(shí)際操作過(guò)程中遠(yuǎn)比桌面的操作系統(tǒng)要復(fù)雜的多。此外，對(duì)于Tornado2．2的開(kāi)發(fā)環(huán)境是基于架構(gòu)這一方式的，因此會(huì)選擇使用交叉開(kāi)發(fā)方式，即使用目標(biāo)機(jī)與總主機(jī)交互進(jìn)行操作，并借助以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)通。

Pentium處理器下的目標(biāo)板配置較為多元，存在著單向與雙向通道的LVDS接口，相對(duì)應(yīng)的是一系列接口的具體配對(duì)。我們?cè)趯?shí)際操作過(guò)程中，可以借助這一組織對(duì)相關(guān)控件實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的調(diào)整與測(cè)試。與此同時(shí)，我們也可以選擇把bootrom映像對(duì)接到相應(yīng)卡上。這樣，在對(duì)所有涉及到的控件進(jìn)行合理、有效布控時(shí)，我們就得到了一個(gè)較為可靠的操作環(huán)境。

3.2 對(duì)基于PMI2主板下的對(duì)應(yīng)BSP開(kāi)發(fā)包進(jìn)行合理選擇

在對(duì)BSP進(jìn)行具體開(kāi)發(fā)的實(shí)踐過(guò)程中，我們需要意識(shí)到的是對(duì)其進(jìn)行有效開(kāi)發(fā)是所有開(kāi)發(fā)過(guò)程中，對(duì)系統(tǒng)所涉及到的相關(guān)軟硬件相連接的重要一步，它的效果好壞嚴(yán)重制約著接下來(lái)的工作進(jìn)程。因此，選擇準(zhǔn)確的開(kāi)發(fā)模式顯得十分有必要，如果能夠做到在相關(guān)要求滿足的情況下，準(zhǔn)確對(duì)其進(jìn)行選擇，將會(huì)給整個(gè)工作進(jìn)度帶來(lái)十分有益的影響，它會(huì)使得整體的開(kāi)發(fā)耗時(shí)明顯縮短，有效提高我們開(kāi)發(fā)工作的效率。

根據(jù)上述所提到對(duì)選擇BSP開(kāi)發(fā)模板的具體要求，我們?cè)谶M(jìn)行實(shí)際選擇就應(yīng)該做到選擇一個(gè)與對(duì)應(yīng)處理器的產(chǎn)品規(guī)格比較貼近的BSP包，只有這樣，才能為接下來(lái)的對(duì)BSP進(jìn)行設(shè)計(jì)等工作做好準(zhǔn)備，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)程序。接下來(lái)，我們可以通過(guò)對(duì)外圍器件做出適當(dāng)?shù)母膭?dòng)與調(diào)整，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這一操作所帶來(lái)的較為明顯的作用與效果。

3.3 Boot Rom的具體實(shí)踐與有效運(yùn)行

所謂的Boot Rom就是我們常常提到的遠(yuǎn)程啟動(dòng)服務(wù)這一具體指代內(nèi)容的英文縮寫(xiě)，其全程為Remoteboot，通常的情況下，我們也稱之為插槽。而B(niǎo)oot Rom類型映像則是一種專門(mén)用于jgzcsb的引導(dǎo)而設(shè)計(jì)的映像，它的主要目的是通過(guò)對(duì)其的有效利用，最終能夠保證達(dá)到存在最小數(shù)量的系統(tǒng)初始化，如相對(duì)應(yīng)的多單口以及網(wǎng)口等具體形式。該映像的主要功能就是實(shí)現(xiàn)對(duì)jgzcsb映像這一項(xiàng)目的啟動(dòng)與有效承載，大致等同于個(gè)人筆記本電腦中的BIOS這一構(gòu)件。

具體到我們現(xiàn)在進(jìn)行的試驗(yàn)過(guò)程，當(dāng)項(xiàng)目在完成對(duì)Boot Rom的開(kāi)啟后，相應(yīng)的一系列項(xiàng)目如對(duì)CPU、寄存器等具體設(shè)備的初始化設(shè)置，與此同時(shí)，也做好了對(duì)內(nèi)部存儲(chǔ)的清零工作，以及相關(guān)的屏蔽被有效隔斷等等。這些項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)也保障了所涉及的相應(yīng)地址的映射轉(zhuǎn)移。在前期的啟動(dòng)程序完全實(shí)現(xiàn)之后，系統(tǒng)內(nèi)部的多任務(wù)實(shí)驗(yàn)環(huán)境亦在此過(guò)程中得到有效地創(chuàng)建，這里所提到的多任務(wù)涵蓋范圍較廣，主要內(nèi)容有多單口系統(tǒng)任務(wù)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)任務(wù)等等。這些既定的工作程序能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)映像的指引作用，使其在對(duì)應(yīng)的卡片內(nèi)有效執(zhí)行，保證接下來(lái)的Vx Works映像的快速呈現(xiàn)這一重要過(guò)程。

3.4 Vx Works實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)配置與啟動(dòng)

承接著上述的內(nèi)容，接下來(lái)的過(guò)程演化到了Vx Works類型映像加載這一重要步驟。所謂的Vx Works類型映像，它是區(qū)別于上文所提及到的Boot Rom類型映像以及jgzcsb類型映像的，事實(shí)上，該類型映像才是整個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的主體映像，是真正意義上做到在目標(biāo)板之上的操作系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行的映像，它的結(jié)構(gòu)組成也與其他映像不同，它主要是所占空間較小的系統(tǒng)內(nèi)核與一些可以精準(zhǔn)定做的相關(guān)板塊這兩項(xiàng)內(nèi)容組成的．風(fēng)河公司出品的ornado2．2這一開(kāi)發(fā)環(huán)境就具有滿足使用者對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整與剪裁的特性，用戶可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)出自己想要的最優(yōu)Vx Works配置。

3.5 測(cè)試工作與檢驗(yàn)工作

基于以上四個(gè)步驟，我們的設(shè)計(jì)在得以有效運(yùn)行時(shí)，同樣需要對(duì)BSP進(jìn)行定量檢測(cè)與分析．BSP作為一項(xiàng)與系統(tǒng)內(nèi)部的相關(guān)硬件關(guān)系較為密切的系統(tǒng)軟件組成部分，對(duì)它進(jìn)行相關(guān)測(cè)試是保證整個(gè)開(kāi)發(fā)最終能夠?qū)崿F(xiàn)成功的重要一環(huán)，也是其有效保障。這其中，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行的相關(guān)測(cè)試主要包括：保障網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)能夠有效實(shí)現(xiàn)的集成性系統(tǒng)測(cè)試以及其他諸如ICMP等具體項(xiàng)目的測(cè)試。

綜上所述，本文主要以PMI2這一 開(kāi)發(fā)板作為設(shè)計(jì)示例，對(duì)基于Vx Works類型映像下的BSP進(jìn)行深入地解析與說(shuō)明，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了其在具體工程上的模擬與運(yùn)用?？梢哉f(shuō)，在一定程度上對(duì)基于Pentium處理器VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)做出相應(yīng)的嘗試，并獲得了第一手信息資料，整個(gè)設(shè)計(jì)工作是具有一定參考價(jià)值與實(shí)踐意義的。

[1]王洋.VxWorks嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)與BSP開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)[J].北京航空航天大學(xué)出版社,2012,(12):20-27

[2]葉凱.基于VxWorks的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所,2007,(02):122-127

王軍（1977—），男，漢族，江蘇省海安縣人，北京信息工程學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)士，中級(jí)職稱。從事船舶電子設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)工作近17年；負(fù)責(zé)、參與了艦船綜合監(jiān)視設(shè)備等一系列產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)、調(diào)試、交付、保障護(hù)航工作。