嵌入式實(shí)時(shí)系統的優(yōu)盤(pán)啟動(dòng)技術(shù)

　　引 言

　　目前基于VxWorks設計的嵌入式實(shí)時(shí)系統應用非常廣泛。嵌入式實(shí)時(shí)系統的啟動(dòng)方式多種多樣，WindRiver公司提供的參考BSP(Board support Package)包中就提供了幾種啟動(dòng)方法。另外在參考文獻[2]中，作者也提出了幾種基于VxWorks的嵌入式系統的啟動(dòng)方法。這些方法可根據具體的應用需求，適當選取。筆者在開(kāi)發(fā)CableModem時(shí)也都曾實(shí)現過(guò)這些方法。這些方法存在的共同問(wèn)題是：雖然能更新板載程序存儲器中的映像文件，但由于程序存儲器一旦設計后就無(wú)法再擴展其存儲空間;而在實(shí)際應用中，由于嵌入式系統功能的增強，系統映像文件的體積會(huì )不斷增大，會(huì )出現超過(guò)目標板的程序存儲空間的問(wèn)題，從而使得新的映像文件無(wú)法燒錄到目標板中。

　　隨著(zhù)USB技術(shù)的發(fā)展，優(yōu)盤(pán)在PC機系統上已得到廣泛的應用，基本上取代了軟盤(pán)，PC機系統可以實(shí)現從優(yōu)盤(pán)啟動(dòng)。由于優(yōu)盤(pán)性能穩定，體積小巧，訪(fǎng)問(wèn)速度快，因此它也非常適合作為嵌入式實(shí)時(shí)系統的存儲設備。這為嵌入式實(shí)時(shí)系統的啟動(dòng)提供了一種嶄新的思路，即從優(yōu)盤(pán)啟動(dòng)。這種方法對嵌入式實(shí)時(shí)系統板上的程序存儲空間要求不高，只要在Flash中存儲嵌入式實(shí)時(shí)系統的Bootrom程序即可，將系統的映像文件放在優(yōu)盤(pán)上，實(shí)現實(shí)時(shí)操作系統從優(yōu)盤(pán)加載。本文給出了實(shí)現嵌入式實(shí)時(shí)系統優(yōu)盤(pán)啟動(dòng)的嵌入式主機硬件結構、軟件協(xié)議棧以及主要程序流程，探討了實(shí)現嵌入式實(shí)時(shí)系統從優(yōu)盤(pán)啟動(dòng)的可行性。

　　1 嵌入式USB主控制器的硬件結構及驅動(dòng)

　　嵌入式系統是軟硬件緊密結合的系統。要實(shí)現從優(yōu)盤(pán)啟動(dòng)，硬件上必須在嵌入式微處理器外圍添加USBHOST主控制器;在軟件上必須設計主控制器驅動(dòng)程序 (HCD)、USB驅動(dòng)程序、USB Client驅動(dòng)程序以及應用程序。

　　1.1 嵌入式USB主機硬件結構

　　嵌入式USB主機硬件結構比較簡(jiǎn)單，只是在嵌入式微處理器外部加上USB主控芯片即可。在本項目中，嵌入式微處理器采用的是Motorola公司的MPC860T，USB主控制芯片采用的是SL811HS芯片。SL81lHS芯片是Cypress公司生產(chǎn)的、可支持全速數據傳輸的USB控制芯片，芯片內含USB主，主/從控制器，支持全速(full speed)/低速(low speed)數據傳輸，并能自動(dòng)識別全速或低速設備。SL811HS所提供的接口遵從USBl.1標準。關(guān)于SL811HS更詳細的使用方法請見(jiàn)參考文獻[3]。使用SL811HS作為嵌入式USB主機控制器的系統硬件結構如圖1所示。

　　1.2 嵌入式USB主機上的軟件結構

　　從參考文獻[4]可知，嵌入式主機要實(shí)現對其USB外設操作，必須有圖2所示的3個(gè)軟件結構層次：USB主控制器驅動(dòng)器(HCD)、USB主驅動(dòng)器(USBD)、USB沒(méi)備驅動(dòng)器。

　　在協(xié)議棧的最底部是USB主控制器USB HC(USBHost Controller)，這是主系統中控制每一個(gè)USB設備的硬件部分?？谇爸饕袃纱箢?lèi)USB主控制器：一種是通用主控制器接口UHCI(Universal Host Controller Inter-face)，另一種是開(kāi)放主控制器接口OHCI(Open HostController Interface)。硬件廠(chǎng)商一般根據這兩個(gè)規范設計USB主控制器。對于每一類(lèi)型的主控制器都有一個(gè)與硬件獨立的USB主控制器驅動(dòng)器HCD(Host ControllerDriver)。WindRiver公司提供了兩類(lèi)驅動(dòng)：usbHedUhciLib(UHCl主控制器庫)和usbHcdOhciLib(OHCI主控制器庫)。

　　USB主驅動(dòng)器USBD(USB host Driver)和HCD之間的接口允許一個(gè)或超過(guò)一個(gè)的底層主控制器，而且WindRiver公司的USBD能夠同時(shí)連接多個(gè)USB HCD。這樣的設計特點(diǎn)可以使開(kāi)發(fā)者建立復雜的USB系統。USBD是在HCD之上的與硬件獨立的模塊。USBD管理每一個(gè)與主機相連的USBD設備，向更高層次提供了可與USBD設備通信的路徑。它還負責自動(dòng)處理USBD電力管理以及USBD帶寬管理;而且，USBD還管理USBHub。Hub能否正確工作，是對USBD進(jìn)行評價(jià)的標準之一，因此WindRiver公司的USBD設計者要使USBD透明地實(shí)現Huh的功能。這意味著(zhù)USBD還能處理USBHub和設備的動(dòng)態(tài)插拔。

　　USB客戶(hù)模塊在USBD主驅動(dòng)協(xié)議棧的頂端。USB類(lèi)驅動(dòng)(USB Class Driver)是Client模塊的典型例子。USBD類(lèi)驅動(dòng)負責管理連接到USBD上的不同類(lèi)型的設備，它們依靠USBD提供與每個(gè)設備的通信路徑。USBClient模塊的其他例子就是那些利用USBD與USB設備通信的應用程序。

　　2 嵌入式實(shí)時(shí)系統優(yōu)盤(pán)啟動(dòng)軟件程序設計

　　為實(shí)現對優(yōu)盤(pán)的操作，在基于VxWorks設計的嵌入式實(shí)時(shí)系統中，需要設計的程序包括：USB主控制器驅動(dòng)器、USBD主驅動(dòng)器、USB塊存儲設備驅動(dòng)程序、文件系統的安裝以及應用程序通過(guò)文件系統讀寫(xiě)優(yōu)盤(pán)設備程序等，如圖3所示。故要實(shí)現從優(yōu)盤(pán)啟動(dòng)，需要在bootConfig..c文件中的usrRoot函數巾添加4個(gè)函數。

　　(1)初始化USB主控制器的函數

　　初始化HCD(USB Host Controler Driver)函數，即初始化SL81lHS并將其連接到指定總線(xiàn)上：LOCAL int fn-cAttach(pHRB_ATTACH pHrb)。

　　該函數詞用SL811Init()初始化SL811控制芯片。執行函數taskSpawn("tSl81lint"，0，0，0x4000，(FUNCPTR)intThread，(int)pHost，0，0，0，0，0，0。0，0，O)，創(chuàng )建intThread任務(wù)對發(fā)生的中斷作出處理。

　　這里的intTbaead調用OSS_SEM_TAKE(pHost->in-tPending，interval)阻塞，與中斷服務(wù)程序intHandle同步。

　　調用函數processSl811hInterrupt()處理硬件中斷，讀取中斷狀態(tài)寄存器判斷中斷類(lèi)型。

　　調用UHC_INT_CONNECT(pHost，intHandler，pHost，&s)函數連接SL811主控制器芯片中斷。UHC_INT_CONNECT是一個(gè)宏定義。

　　函數intHandler完成對中斷的處理，調用函數OSS_SEM_GIVE(pHost->imPending)，釋放用于中斷和任務(wù)之間同步的二進(jìn)制信號量。

　　(2)初始化USBD的函數

　　函數usbdInitialize()初始化內部USBD數據結構，并依次調用其他USB驅動(dòng)棧模塊的入口。

　　函數usbdlnitialize()調用usbdHcdAttach(execFunc，&s1811IOCfg，pToken)把HCD連接到USBD上。這里的execFunc就是函數usbHcdSl811hExee()。

　　函數usbdInitialize()調用USBEnumerate(USBD_CLIENT_HANDLE clientHandle，FILE*fout)列舉所有連接到系統上的USB主控制器、Hub和USB設備。

　　(3)初始化USB存儲設備的函數

　　函數usbBulkDevInit()完成USB盤(pán)的初始化并安裝DOS文件系統。

　　函數usbBulkDevlnit調用函數usbdClientRegister("BULK_CLASS"，&usbdHandle)及函數usbdDynamicAt-tachRegister(usbdHandle，USB_CLASS_MASS_STORAGE，USB_SUBCLASS_SCSLCOMMAND_SET，USB_INTERFACE_PROTOCOL_BULK_ONLY，usbBulkDc-vAttachCallback)，建立同USB的連接，注冊回調例程。

　　函數usbBulkDevlnit調用函數OSS_THREAI)_CRE-ATE(bulkClientThread，(pVOID) fout，OSS_PRIORITYINTERRUPT，"tBulkClnt"，&bulkTaskId)，創(chuàng )建一個(gè)任務(wù)，管理優(yōu)盤(pán)的插入和移出。

　　其中bulkCliemThread例程調用pBulkBlkDev=(BLK_DEV*)usbBulkBlkDevCreate (bulkNodeld，NULL，NULL，USB_SCSI_FLAG_READ_WRITEl0);安裝USB設備。 調用pBulkDosVol=dosFsDevInit("/ud0/"，pButkBlkDev，NULL);安裝DOS文件系統。

　　(4)從優(yōu)盤(pán)加載映像文件的函數

　　設計USBDLoad()，實(shí)現映像文件VxWorks從優(yōu)盤(pán)設備加載。USBDLoad()函數主要包括以下語(yǔ)句：

　　修改bootConfig.c文件中的bootLoad函數，加入對從優(yōu)盤(pán)啟動(dòng)的支持。主要加入以下語(yǔ)句：

　　重新編譯、鏈接生成新的bootrom.hex，燒錄到板子上的Flash中，將VxWorks映像文件拷貝到優(yōu)盤(pán)上，將優(yōu)盤(pán)插入到嵌入式主機的USB接口上。在啟動(dòng)的過(guò)程中，系統會(huì )自動(dòng)裝載優(yōu)盤(pán)的VxWorks系統映像文件，實(shí)現基于VxWorks的嵌入式實(shí)時(shí)系統優(yōu)盤(pán)啟動(dòng)。

　　3 總 結

　　在基于MPC860和VxWorks設計的嵌入式實(shí)驗板上可實(shí)現嵌入式實(shí)時(shí)系統從優(yōu)盤(pán)的啟動(dòng)。嵌入式實(shí)時(shí)系統從優(yōu)盤(pán)啟動(dòng)的顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)主要表現在：更新系統映象文件方便(替換優(yōu)盤(pán)中的影像文件即可，無(wú)需重新燒錄);啟動(dòng)快速(USB接口傳輸速度快)，可適用于多種實(shí)時(shí)操作系統(保存在優(yōu)盤(pán)中的映像文件也可以是使用其他嵌入式實(shí)時(shí)操作系統，如PSOS、Nuclues等開(kāi)發(fā)生成的);對系統的Flash存儲容量要求小(Flash中主要存儲Bootrom程序，而系統映像文件保存在優(yōu)盤(pán)中)。當然，在實(shí)際應用中還可以將嵌入式實(shí)時(shí)系統采集到的數據保存到優(yōu)盤(pán)上，這樣能方便地實(shí)現嵌入式設備和PC機設備資源的共享。