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基于VxWorks的bootrom代碼改進
摘要：在Wind River公司開發的VxWorks嵌入式操作系統平臺上，改進交換機產品bootrom軟件的實現方式；給出實現方法和改進目的，為BSP開發人員提供一套全新的bootrom實現方案。關鍵詞：VxWorks bootrom BSP makefile
1 問題的提出
VxWorks是Wind River公司開發的一種嵌入式操作系統，具有強大的功能和友好的用戶界面。VxWorks軟件應用非常廣泛，不僅應用在網絡設備、家用電器當中，而且還應用在航天、導彈等高端領域。在網絡設備應用領域中，通常利用VxWorks來開發bootrom代碼、BSP（Boadr Support Packet）代碼以及上層的網絡協議代碼。
通常，Bootrom軟件有以下功能：①通過串口下載操作系統映像；②通過串口升級自身映像；③通過串口下載系統配置文件、系統信息文件；④加載操作系統映像，使其正常啟動；⑤其它的輔助功能，如地址內容查看功能、址內容修改功能和bootrom菜單顯示信息控制的功能等。對于通常的bootrom代碼編譯，大多數用戶選擇使用GNU make的DOS命令來進行。因為如果bootrom不提供網口功能的話，單純的CPU驅動部分代碼量是不大的；但如果提供網口功能的話，代碼量相對較大，文件之間的內在關系比較復雜，因此，系統使用GNU make的DOS命令來編譯生成bootrom就顯得有點麻煩。Makefile文件主要是由“目標”（target）、“依賴性”（dependencies）和“動作”組成的一系列規則，而VxWorks提供的GNU make工具就是根據Makefile指定的規則來編譯和鏈接程序的。Makefile基本結構雖然簡單，但正確、靈活地運用這些規則并不是那么輕松的事情。即使根據GNU Makefile規則書寫出適當的Makefile文件，但隨著代碼的改變，Makefile還需要經常修改，這就增加了BSP開發人員的負擔。而且，對于交換產品而言，其成本控制是非常嚴格的。對于存放bootrom軟件的Flash來說，通常要求大小為512KB，這樣就需要考慮到容量的限制。
因此，必須使用新的方法來簡化bootrom代碼編譯，而且要在保證提供網口功能的情況下，系統提供的bootrom軟件小于512KB。
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2 實現方法
2.1 通過建立工程生成bootrom映像
采用建立工程的方式可以有效地解決這個問題。首先依據bootrom中的BSP代碼來新建一個工程，然后將網中驅動代碼加入到建好的工程中。這樣就可以通過編譯工程實現帶有網口下載功能的bootrom軟件。但對于VxWorks嵌入式系統而言，它有自己一套規范，求bootrom軟件在加電后必須從romInit（）函數開始運行，而建立工程所得的入口函數為sysInit()。因此需要增加一個系統殼代碼，這個殼代碼所要完成的任務就是加載bootrom工程的映像，并從romInit（）開始執行bootrom代碼。通過建立工程來調試bootrom代碼有以下優點。
（1）責任分明
開發產品是一個復雜的工程，需要多人合作完成。對于CPU子系統和網口驅動系統這兩塊內容來說，更需要責任明確。通過建立工程來調試代碼，可以準確地定位錯誤文件和函數的位置。是BSP代碼出現問題，還是網口驅動代碼出現問題，可以一目了然，做到責任明確。
（2）提高效率
通過建立工程可以節省書寫Makefile文件時間，并可以讓VxWorks軟件的友好圖形界面這優點得到更好的體現。另外，建立工程也可以減少文件編譯排錯的難度，方便工程文件的調試以及功能的驗證，從而大大提高工作效率，加快工作進度。
2.2 編寫殼代碼并實現加載
建立工程生成映像文件的入口函數為sysInit（），而VxWorks規范中要求系統加電后要從romInit（）函數開始運行。因此，需要設計一個方案來加載編譯工程得到的映像，而且要具備初始化CPU和SDRAM存儲空間的功能。
首先，系統從romInit（）函數中開始運行，完成CPU和SDRAM初始化，跳轉到函數romStart()運行。然后，加載第二份bootrom代碼到系統的低地址處，運行殼代碼中的sysInit（）函數，并調用自己構造的解壓函數usrInit（），將壓縮后的工程映像文件解壓縮到系統高地址處，之后系統繼續運行解壓后的bootrom代碼。此時，系統開始運行sysInit（）函數，調用VxWorks系統中的usrInit（）函數，開始初始化系統硬件、內核以及其它外圍設備。
殼函數usrInit（）代碼如下：
void usrInit（void）{
volatile FUNCPTR absEntry;
if(inflate((UCHAR*)ROM_OFFSET(_binArrayStart),
(UCHAR *)（RAM_LOW_ADRS），&_binArrayEndbinArrayStart)!=OK)
return;
absEntry=(FUNCPTR)(RAM_LOW_ADRS);
(absEntry)();
}
其中RAM_LOW_ADRS為系統低地址，是操作系統運行的起始地址，但bootrom可以利用低地址來實現在系統高地址的運行。宏ROM_OFFSET用于準確定位函數地址，因為bootrom中運行的代碼要求以相對地址方式來尋址，而不能以絕對地址方式尋址。_binArrayStart為壓縮后二進制代碼的開始符，_binArrayEnd為壓縮后二進制代碼的結束符。Inflate()是VxWorks軟件的解壓縮函數，用于解壓縮由deflate()壓縮函數壓縮的二進制文件映像。同時，需要將下述代碼添加到編譯規則文件rules.vxWorks中的相應部分：
$（CC）-c $(CFLAGS)$(BSP_DIR)/unzip.c-o$(BSP_DIR)/unzip.o
$(LD)$(LDFLAGS)-e sysInit -Ttext $(RAM_LOW_ADRS)o
unzip_obj.o sysALib.o $(BSP_DIR)/unzip.o $(LIBS)flex.z.o
其中，unzip.c中包含構造的殼函數usrInit（）。SysInit()為解壓軟件入口函數。上述語句的功能：第一行完成殼文件的編譯，第二、三行完成殼目標代碼與第二份bootrom代碼的鏈接。這樣，一個具有解壓功能的殼函數就被鏈接到第二份bootrom映像中了。
圖1、圖2是修改前的系統運行方式與修改后系統運行方式比較。
通過這兩種方式的比較可以看出，修改前系統運行式與修改后的運行方式有下面兩點差異；①第一份bootrom啟動后，前者存在解壓縮自射映像的操作，而后者沒有；②對于第二份bootrom，前者沒有殼代碼，而后者有。
2.3 縮減文件長度
通常第一份bootrom代碼只有兩個文件，一個是包含CPU和SDRAM初始化文件romInit.s，另外就是包含romStart()函數的bootInit.c文件。另外，根據需要還可以添加提供串口輪詢顯示功能的文件。對于第一份bootrom代碼，通常只有10KB左右（這是針對系統修改后的方式），而對于包含殼函數代碼的，通過建立工程并編譯而生成的第二份bootrom比較大，通常為570KB左右。（注意：這幾個數值是通過特定的產品來得出的結論，并不應用于所有產品，但遇到類似的情況可以借鑒處理。）而其后面的一部分完全是0，可以考慮去掉這些0，但不能影響軟件的功能。經過測試得出結論：去掉后面的0對系統功能和性能沒有任何影響。
通過文件的操作來實現兩份bootrom合并，合并后的大小要求小于或等于512KB。如果不采用任何措施，直接將兩個文件合并起來要在580KB左右，大于512KB，這是很多系統不能滿足的。第二份bootrom映像的后面部分的內容類似表1所列的信息。
表1 bootrom映像部分二進制內容
從表1可以看出，在地址0x00078233處就是0值了。這樣可以通過對文件內容的操作將0x00078240后面的內容全部剔除，從而可將合并后的bootrom代碼控制在512KB以內。當然，我們通常會選擇一個整數值進行操作，即將0x0007824后的所有值去掉即可。
這樣處理，可以減少維護和開發的工作量。如果按照以往的做法，bootrom軟件對外將有第一份和第二份的區別，無論是生產、上層軟件調試還是開發，都需要分別對待，這樣維護量和開發量將會加大。而經過修改后，可把區別只控制在開發階段，在線升級時，可以按照一個軟件來通過串口或網口來進行升級。通過對bootrom最后生成文件大小的控制，可以簡化生產流程，加快生產進度。
3 小結
在嵌入式操作系統中進行程序開發，需要經常開辟新的思路，以一些簡單的實現方式代替復雜易錯的方式。在本次產品開發過程中，將bootrom映像生成方式由慣用的GNU make命令行實現，修改為按照新建工程的方式來實現，是一個相對好的方法，對整個產品的后續批量生產、用戶維護和后續開發都奠定了一個良好的基礎。
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