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1 VxWorks系統的啟動(dòng)流程 嵌入式VxWorks操作系統的啟動(dòng)包括兩個(gè)階段，一是BootRom引導，二是VxWorks操作系統映像的啟動(dòng)。BootRom映像也叫做啟動(dòng)映像，它主要是初始化串口、網(wǎng)口等很少的硬件系統來(lái)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(dòng)后會(huì )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(dòng)流程。本文基于的聲吶原型機采用了最常見(jiàn)的一種啟動(dòng)方法，將BootRom映像存放在Flash中，負責初始化一些簡(jiǎn)單的硬件如網(wǎng)口、串口等，然后下載VxWorks映像到RAM中并將控制權交由操作系統開(kāi)始執行。VxWorks映像存放在干端主機上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )加載到目標機中，啟動(dòng)時(shí)還需要打開(kāi)FTP進(jìn)行配置。圖 1所示為基于網(wǎng)絡(luò )加載的VxWorks啟動(dòng)方式。此種啟動(dòng)方法比較繁瑣，而且需要網(wǎng)絡(luò )的支持，啟動(dòng)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，將VxWorks映像拷貝到文件系統中，通過(guò)Flash文件系統加載VxWorks映像，不需要網(wǎng)絡(luò )和FTP軟件的支持，提高了啟動(dòng)速度�；贔lash文件系統的加載的VxWorks啟動(dòng)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(guān)。I/O系統、文件系統和塊設備之間的聯(lián)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(mǎn)足實(shí)時(shí)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(pán)緩存，提高數據讀寫(xiě)效率的特點(diǎn)。 TrueFFS(簡(jiǎn)稱(chēng)TFFS)旨在提高閃存的使用效率。它具有線(xiàn)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(hù)可以像操作磁質(zhì)設備一樣操作存儲介質(zhì)。通過(guò)wear-leveling技術(shù)、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(lái)達到延長(cháng)存儲介質(zhì)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(lái)進(jìn)行I/O操作。如此一來(lái)，對Flash設備中文件和數據的讀取就像對磁盤(pán)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(gè)核心層和翻譯層、MTD層、Socket層三個(gè)功能層組成。要在VxWorks下包含TFFS系統，每一層至少有一個(gè)軟件模塊與之對應。圖4為T(mén)FFS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(lái)，同時(shí)還控制著(zhù)碎片回收、定時(shí)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(shí)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(xiě)、擦除、ID識別、映射等基本操作。Socket層(Socket Layer)，又稱(chēng)套接層，提供TrueFFS和硬件系統之間的接口，用來(lái)向系統注冊socket設備、檢測設備插拔、硬件寫(xiě)保護等。 3 TrueFFS系統設計 3.1 功能層的實(shí)現 為了使生成的VxWorks映像支持TrueFFS系統，需要對如下文件進(jìn)行配置： config.h用來(lái)定義系統包含的配置，這使得VxWorks的初始化代碼調用tffsDrv()來(lái)創(chuàng )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(dòng)。在鏈接時(shí)，通過(guò)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驅動(dòng)文件，主要包含了針對所使用的具體Flash設備所編寫(xiě)的底層驅動(dòng)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(dòng)，需要自己編寫(xiě)，具體在3.2節中進(jìn)行了闡述。 sysTffs.c文件將TrueFFS三個(gè)功能層鏈接到一起，并與VxWorks關(guān)聯(lián)并決定應該包含哪個(gè)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(xiě)了一個(gè)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(lái)添加TrueFFS的目標文件。 3.2 MTD驅動(dòng)的編寫(xiě) MTD和具體的Flash存儲器相關(guān)，實(shí)現讀、寫(xiě)、擦除、映射等操作，這里我們針對S29GL512P10TFIR20芯片編寫(xiě)了驅動(dòng)文件的入口函數、Flash映射函數、Flash擦除函數、Flash寫(xiě)函數。擦除和寫(xiě)函數是編寫(xiě)MTD驅動(dòng)時(shí)最關(guān)鍵的兩個(gè)函數。 MTD入口函數主要用來(lái)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(jìn)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(jìn)行的，擦除前先要對扇區進(jìn)行解鎖，然后寫(xiě)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(lái)判斷是否擦除成功。 Flash寫(xiě)函數主要實(shí)現寫(xiě)Flash操作。寫(xiě)入前首先要對扇區解鎖，然后判斷是否是改寫(xiě)操作，若是則需要進(jìn)行擦除操作，否則直接寫(xiě)命令、寫(xiě)數據。最后需要判斷數據是否寫(xiě)完。 MTD驅動(dòng)文件的編寫(xiě)需要注意幾個(gè)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(xiě)操作是需要屏蔽中斷的，可以用intLock()函數來(lái)屏蔽中斷，用intUnlock()函數來(lái)使能中斷。(3)可以在各個(gè)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(chuàng )建 一旦VxWorks包含了TrueFFS系統，啟動(dòng)時(shí)usrRoot()會(huì )調用tffsDev()進(jìn)行設備初始化，通過(guò)xxxRegister()函數注冊socket驅動(dòng)。此過(guò)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(gè)顯示程序來(lái)識別Flash設備。 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驅動(dòng)代碼是否正確。因此可以用格式化操作來(lái)調試MTD層。在shell中輸入tffsDevFormat命令來(lái)格式化TrueFFS，tffsDevFormat最終會(huì )調用s29gl512MTDErase()和s29gl512MTDWrite()函數。這兩個(gè)函數是MTD層的主要的兩個(gè)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(gè)標準的初始化函數usrTffsConfig()，可用來(lái)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(diǎn)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)文件系統了。 5 文件系統測試 一般為了調試MTD驅動(dòng)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(guò)網(wǎng)絡(luò )加載VxWorks映像。在shell中調試MTD驅動(dòng)，創(chuàng )建TrueFFS系統。然后使用dosFs文件系統的相關(guān)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(dòng)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(xiě)到Flash中然后重新啟動(dòng)，在超級終端中即可看到如圖 6和圖 7所示的啟動(dòng)畫(huà)面。 6 結束語(yǔ) 本文首先介紹了VxWorks系統的啟動(dòng)流程和加載方式，分析了網(wǎng)絡(luò )加載的缺點(diǎn)和建立Flash文件系統的必要性;接著(zhù)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(dòng)層的編寫(xiě);最后在文件配置好的基礎上創(chuàng )建TrueFFS文件系統并對文件系統進(jìn)行了測試，成功基于文件系統加載了VxWorks映像，將系統的啟動(dòng)時(shí)間縮短到了20s，提高了產(chǎn)品的用戶(hù)體驗。 |
