喷码机平台WinCE5.0系统的BSP开发-文章-技术应用-工业控制

喷码机平台WinCE5.0系统的BSP开发

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简介：基于以S3C2440A处理器为核心的喷码机硬件开发平台，研究了嵌入式WinCE5.0操作系统板级支持包BSP的开发。分析了喷码机平台的硬件组成和BSP的框架结构，利用源代码重用的思想，完成了Bootloader、OAL、驱动程序、配置文件的开发工作并在BINFS文件系统的基础上实现Multibin成功将内核分块。

引言

本文在实现喷码机板载系统一体化的目标下，研究了喷码机软件系统开发的操作系统板级支持包（Board Support Package，BSP）[1]。

1 BSP结构概述

板级支持包BSP是介于硬件和操作系统之间的一层软件系统，其作用就是抽象操作系统和主板硬件之间的交互接口。基于具体开发板开发BSP，必须对它的结构有一定的了解。一般情况下，WinCE5.0的BSP包含引导程序（BootLoader）、OEM适配层（OEM Adaptation Layer，OAL）、驱动程序、配置文件四部分。

2 开发板的硬件组成

BSP不仅与特定的操作系统有关，而且与不同的开发平台也是一一对应的。喷码机系统的硬件平台主要由图1所示的几大部分组成。

图1 开发板硬件组成

以喷码机控制系统的CPU为核心，外围设备主要包括两片HY57V561620F(L)T(P)芯片、一片K9F2G08U0A和EN29LV160AB芯片，使开发板拥有了64 MB的SDRAM、256 MB的NAND FLASH以及2 MB的 NOR FLASH。网卡采用DM9000，提供互联网连接等功能，同时包含4.3寸的触摸屏、XJ128喷头以及丰富的接口资源。

3 BSP开发

从零开始研发BSP成本较高、耗时长，所以现实中最常采用的方法是根据需要对现有的相近BSP源码进行移植。本文就是以相近开发板的BSP为基础，根据喷码机硬件平台的外围配置，对BSP的源码做出对应的修改，使之能够有效支持硬件系统。主要工作介绍如下。

3.1 BootLoader的实现

BootLoader是嵌入式软件系统最底层的一组代码，是依赖硬件存在的。微软公司提供了一套WinCE系统BootLoader的基本框架，由Blcommon库、Eboot库、OEM代码、EDBG驱动以及存储管理组成[1]。移植时前二者无需改动，后面三部分则需要根据开发板的实际配置进行修改。在实现过程中应尽量使用微软提供的支持库，这样在保证了规范性、高效性的同时还节省了实现时间。

BootLoader需要实现的代码主要分为两部分：由汇编语言编写的启动代码以及由C语言编写的主代码。汇编代码startup.s是BootLoader的入口函数，CPU启动后将立即运行，完成对CPU的初始化、地址映射、及BootLoader代码的搬运[2]。以下是平台的部分代码实现：

ResetHandler

movr0, #0

mcrp15, 0, r0, c8, c7, 0; flush both TLB

mcrp15, 0, r0, c7, c5, 0; invalidate instruction cache

mcrp15, 0, r0, c7, c6, 0; invalidate data cache

ldr r0, = WTCON; disable watch dog

ldr r1, = 0x0

str r1, [r0]

; set INTMSK, INTSUBMSK, disable all interrupts

ldr r0, = INTMSK

ldr r1, = 0xffffffff; disable all interrupts

str r1, [r0]

ldr r0, = INTSUBMSK

ldr r1, = 0x7fff；disable all sub interrupt

str r1, [r0]

……

;set INTMOD, Configure MPLL, UPLL

……

;Copy boot loader to memory

……

汇编程序执行完以后，就会跳转到主程序main函数中，调用BLCOMMON库blcommon.c中定义的BootLoaderMain函数。由它控制着接下来的整个代码执行流程，是引导加载程序的主控函数。

① 调用KerneRrelocate()函数(blcommon.c中实现)：将BootLoader中的全局变量重新定位到RAM中。

② 调用OEMDebugInit()函数(main.c中实现)：初始化调试端口，一般情况下就是异步串行通信口UART，调用OEMInitDebugSerial()函数实现。在喷码机平台中选择串口UART0作为调试端口，查看处理器的芯片手册，要把通用I/O口的GPH2和GPH3用作功能复用口，设置它们为UART0的发送数据引脚TXD与接收数据引脚RXD，代码如下：

pIOPortReg->GPHCON &= ~((3 << 4) | (3 << 6));

pIOPortReg->GPHCON |= ((2 << 4) | (2 << 6));

同时，初始化它的传输速率、每帧传输数据位数、有无奇偶校验和停止位等，主要是对UART0的各控制寄存器进行设置，如下：

UFCON0 = 0x0;//设置串口FIFO控制寄存器，禁用FIFO

UMCON0 = 0x0;//禁用

ULCON0 = 0x3;//选择每帧数据位数为8，停止位数为1，无奇偶校验

UCON0= 0x245;//选择串口波特率时钟，发送模式，接收模式

UBRDIV0=( (int)(PCLK/（16*115200) -1 );//设置串口波特率

③ 调用OEMPlatformInit()函数(main.c中实现)：调用InitDisplay()，InitUSB()，Isr_Init()等函数完成平台初始化工作。

④ 调用OEMPreDownload()函数(main.c中实现)：当平台的USB下载不可用时，调用此函数完成以太网下载前其他的一些准备工作。获得IP地址，初始化TFTP传输协议。

⑤ 调用DownloadImage()函数(在blcommon.c中实现)：下载操作系统映像到SDRAM中，完成后进行TOC签名的检查。

⑥ 调用OEMLaunch()函数(在main.c中实现)：启动操作系统映像。

3.2 OAL移植

OAL(OEM Adaptation Layer)从WinCE5.0以后，引入了OAL的新概念：产品质量级OAL，即PQOAL。它使OAL的目录结构标准化、代码分布模块化，降低了移植的难度[3]。WinCE5.0中OAL的代码主要分成4部分：板级代码、SoC芯片级代码、体系结构级代码和硬件无关级代码。

喷码机平台相较于学习板主要是在外围设备方面做了变动，因此这里完成OAL移植的主要工作就是修改板级OAL代码，位于WINCE500\\PLATFORM\\ HARDWAER PLATFORM NAME\\SRC\\ KERNEL\\OAL。在最后的编译过程中，OAL是被编译进操作系统内核的，因此OAL的启动流程实际也就是操作系统内核的启动流程。图2是操作系统的初始化启动流程。

图2 WinCE5.0内核启动顺序

其中的绝大部分函数由微软提供，并不需要修改，只有部分涉及到具体硬件的地方需要实现。

① startup函数。这是系统启动时调用的第一个函数，主要完成CPU和硬件的初始化等工作。本系统的OAL由BootLoader引导，很多硬件设备已经在那里完成初始化，所以此处startup的主要工作就是完成其余部分初始化然后跳转到OAL的主控函数KernelStart()处开始执行。部分代码如下：

LEAF_ENTRY StartUp

addr0, pc, #g_oalAddressTable (.+ 8)

blKernelStart

ENTRY_END

② 串口调试函数OEMInitDebugSerial()。其由ARMInit()函数调用，主要完成初始化串口的工作，与BootLoader分享相同的代码。

③ OEMInit()函数。OEMInit()函数也是由ARMInit()调用，主要完成硬件平台的初始化，包括cache globals、中断、系统时钟、KITL等，几乎完成了所有的硬件初始化工作[4]。如初始化I/O函数ConfigureGPIO()的部分代码如下：

s2440IOP->GPBDAT=0x60;

s2440IOP->GPBUP=0x7FF;

s2440IOP->GPBCON=0x2A96A8;

……

s2440IOP->GPGCON=0x16A4F3B4;

s2440IOP->GPGUP=0x9BDC;

……

具体操作就是根据喷码机平台对端口的要求，查S3C2440A芯片手册的I/O部分，根据规则设置相关寄存器来初始化它们的实际功用。这些所有的初始化工作都在WINCE500\\ PLATFORM\\HARDWAER PLATFORM NAME\\SRC\\ KERNEL\\OAL\\ init.c中实现。

④ 中断初始化函数OALIntrInit()。由OEMInit()函数调用，负责初始化外围硬件的中断控制器。首先调用OALIntrMapInit()初始化物理中断Irq和逻辑中断SysIntr的映射表，然后清除外部中断和内部中断，调用BSPIntrInit()对BSP中的GPIO中断进行初始化工作，这里移植时不作修改。

⑤ 中断处理函数OEMInterruptHandler()。OAL中对中断的处理主要是实现ISR部分。当发生硬件中断时，该函数就会被调用完成ISR部分的中断处理：读取系统的中断标记位、确定中断源、屏蔽中断并返回相应的系统中断号。然后触发相应的事件，由具体驱动程序的IST完成真正的中断处理。代码存放路径为WINCE500\\PLATFORM\\ HARDWAER PLATFORM NAME\\SRC\\ COMMON\\INTR\\intr.c，针对开发板实际设置的中断修改此代码。同时涉及到中断处理的函数OALIntrRequestIrqs()、OALIntrEnableIrqs()、OALIntrDisableIrqs() 和OALIntrDoneIrqs()都在intr.c中实现，它们相应地会调用BSPIntrRequestIrqs()、BSPIntrEnableIrq()、BSPIntrDisableIrq()、BSPIntrDoneIrq()来实现同一CPU的不同开发板对中断所做的一些修改。

⑥ 内核初始化函数KernelInit()。完成初始化系统API函数调用表、系统堆、内存池、内核进程和进程调度等工作，由微软提供。

⑦ FirstSchedule()。这实际上不是一个函数,而是armtrap.s文件中的一个标签，使第一个处于就绪态的线程执行[4]。

OAL作为内核与目标硬件之间的接口，主要对硬件的4种部分加以抽象：RTC、Timers、Caches和调试端口，针对实际情况改变了哪里的硬件就修改对应的代码。具体到喷码机硬件开发板，移植的重点是硬件初始化部分和中断处理部分。

3.3 驱动程序的实现

如果增加或删改了目标板的硬件设备，那么移植BSP时，就必须修改设备驱动程序。WinCE开发平台提供了多种类型的设备驱动程序，它们的源代码由两部分组成：与硬件平台无关的部分位于WINCE500\\PUBLIC\\COMMON\\OAK\\DRIVERS目录下，与硬件平台有关的部分位于WINCE500\\PLATFORM\\下相应BSP目录的DRIVERS[5]。

我们不需要修改与硬件平台无关的公共部分，只需要修改与硬件密切相关的源代码。具体到喷码机平台，主要就是XJ128喷头底层驱动的PMJ_Init（初始化设备）、PMJ_Deinit（卸载设备）、PMJ_Open（打开设备）、PMJ_Close（关闭设备）、PMJ_Write（写数据到设备）、PMJ_IOControl（设备的I/O控制）等12个流接口驱动函数。

3.4 移植配置文件

PB5使用两种配置文件来生成操作系统运行时的镜像，一种是源代码配置文件，另一种是映像配置文件[6]。配置文件的移植主要集中在Dirs、source、BIB以及REG文件。

根据实验结果，导入移植好的BSP编译出的系统镜像内存太大，烧入喷码机平台以后系统开机十分缓慢。因此需要在BINFS基础上实现Multibin技术来将内核分块，解决开机缓慢的问题。其具体实现主要在配置文件部分：修改config.bib的MEMORY部分如表1所列。

表1 config.bib文件MEMORY部分配置