基于S3C2440的VxWorks NandFlash启动设计与实现

贺翔，胡俊祥,戴钰

（1.广州海格通信集团股份有限公司，广东广州，510000；2.广东广播电视台，广东广州，510000）

0 引言

VxWorks操作系统作为常用的高性能实时操作系统之一，在卫星通信系统中有着其独特的优势。其开放式结构和对工业标准的支持，使得开发人员更易于设计高效的嵌入式系统，并可以以很小的工作量移植到其它不同的处理器上；该操作系统软件为程序员提供了高效的任务调度、中断管理、实时的系统资源以及实时的任务间通信，使得程序员可以将尽可能多的精力放在应用程序本身，而不再关心系统资源的管理[1]。

Nor Flash及Nand Flash是嵌入式系统中主流的两种Flash类型。Nor Flash的优点在于支持芯片内执行(XIP,eXecute In Place),这样应用程序就可以直接在 fl ash闪存内运行，而不必把代码读到系统RAM中。Nor Flash的传输效率很高，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。另外，由于其容量小，同等容量下价格贵，一般情况下往往配合Nand Flash一同使用。Nand Flash的单元尺寸几乎是Nor器件的一半，由于生产过程更为简单，Nand 结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量，也就相应地降低了价格。但是Nand 器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，只有8个引脚用来传送控制、地址和数据信息，不支持芯片内执行。故Nor Flash一半用于存储程序，而Nand Flash一般用于存储数据。

s3c2440是samsung公司的一款常用的ARM9系列处理器，由于该处理器里有一个内置的SRAM，叫做stepping stone，系统启动加电后，能够把Nand Flash上的起始4KB的内容拷贝到SRAM里执行，这样就可以实现从Nand Flash启动。本文采用该款处理器，以及K9F2G08U0B型号的Nand Flash、K4S561632N型号的SDRAM、DM9000网卡芯片等作为硬件平台，并在该平台下完成VxWorks操作系统的移植，改造了VxWorks启动过程，实现了采用Nand Flash启动该操作系统。本嵌入式系统方案对于提升综合性能、减少硬件复杂度、节约硬件成本有着重要意义。

1 VxWorks启动过程分析

VxWorks的启动流程如图1所示。系统上电之后，从romInit.S开始运行。首先调用的函数就是romInit( )，该函数主要完成以下功能：

（1）禁止中断；

（2）初始化堆栈；

（3）保存启动类型（冷/热启动）；

（4）初始化CPU相关寄存器；

（5）跳转到bootInit.c中的romStart()函数；

图1 Vxworks启动流程

函数romStart()主要完成以下功能：

把代码段和数据段复制到RAM当中；

如果映像是压缩版本的，则需要完成程序映像的解压缩。

跳转到bootCon fi g.c的usrInit( )函数。

函数usrInit( )设置cache的工作模式，完成板级硬件初始化后，调用sysHwInit( )、usrKernelInit( )、KernelInit( )，初始化内核，产生根任务usrRoot( )。在usrRoot根任务中解析Bootline，产生bootCmdLoop任务，用于启动、加载VxWorks映像。

在加载VxWorks映像完成后，程序跳转到sysAlib.S文件中的VxWorks image的入口点_sysInit。此时系统再次进行了一次初始化，进入了第二阶段启动过程[2-4]。本文主要对第一阶段启动过程进行改造，以实现在启动时能够调用NandFlash上的程序完成VxWorks操作系统的正常启动过程。

2 Nand Flash启动VxWorks实现

由于s3c2440处理器内置的SRAM仅能拷贝Nand Flash上的前4k代码运行，根据上述VxWorks启动过程分析可知，程序必须在romInit( )函数完成硬件初始化之后，在romStart( )函数完成映像解压缩之前完成把Nand Flash上程序拷贝到内存中的过程，即修改替换原romStart( )函数中完成把程序拷贝到RAM中的过程。系统在Make fi le和con fi g.h中通过三个宏定义来确定系统在什么内存地址运行BOOTROM，分别是：ROM _TEXT _ADRS（ROM起始地址）、ROM_LOW_ADRS（VxWorks启动地址）和RAM_HIGH_ADRS（Bootrom程序入口地址）。这里需要添加从Nand Flash把程序拷贝入内存的函数[5]，定义在nand.c文件中。定义该函数：

该函数的部分主要代码如下：

在完成该部分函数的添加修改之后，为了在编译中把RdNF2SDRAM函数一同编译进去，需要在make fi le文件中加入：

由于SRAM空间只有4k，为了保证在前4k代码内完成程序的复制，需要保证该段拷贝程序在前4k代码内，这就需要通过修改rules.bsp文件修改编译顺序，如：

修改使$(BOOT_EXTRA)较先编译，链接到程序靠前的位置，或者也可以直接使nand.o较先编译、链接，可保证在前4k代码内完成程序的复制。

3 系统验证及应用

完成上述过程后，进行通过移植相应的外设驱动程序完成BSP开发。VxWorks下支持两个形式的网卡驱动，一种是兼容BSD4.4的网卡驱动，另一种是END（Enhanced Network Drivers）网卡驱动，由于后者使用比较简单而且VxWorks对该种驱动支持性好[6]，本文采用END网卡驱动。本系统可通过网卡下载VxWorks映像。

如图2所示，使用Tornado生成好boorom，然后通过H-JTAG烧写到NandFlash上，跳线设置S3C2440从NandFlash启动。

打开服务器端WFTPD，设置好VxWorks镜像的路径、用户名及密码后，重新上电启动S3C2440，打开超级终端，修改启动引导行，主要包括板子IP地址、主机IP地址、FTP用户名及密码、VxWorks镜像文件路径等。然后输入@启动，在WFTPD窗口上看到VxWorks镜像下载的信息，如图3所示。

VxWorks镜像下载完成后，超级终端上变显示了熟悉的VxWorks启动画面，如图4所示。至此，完成了整个启动过程。

图3 VxWorks镜像下载

图4 VxWorks启动画面

4 结语

本文分析了VxWorks启动过程，提出了使用Nand Flash启动Vxworks的设计思路，按照上述步骤进行代码编写与调试，从网络下载VxWorks映像，实现了VxWorks的正常启动。相比传统的Nor Flash用于存储程序、Nand Flash用于存储数据的系统，降低了硬件设计复杂度、提高了稳定性、节约了开发成本。

* [1]Wind River System Inc.VxWorks 6.0 Device Driver Develop—er’s Guide [Z].2004

* [2]孔祥营,柏桂枝.嵌入式实时操作系统VxWorks及其开发环境Tornado[M].北京：中国电力出版社.2002

* [3]徐少毅,李君龙. 基于VxWorks的BSP概念与开发[J].电子产品世界,2002,03(B)

* [4]冯荣尉.基于ARM9的嵌入式硬件设计和VxWorks操作系统移植[D].北京理工大学,2008

* [5] Samsung Electronics Co.LTD. K9XXG08 U0B User’s Manu—al[Z].2005

* [6] 周启平,张扬.VxWorks下设备驱动程序及BSP开发指南[M].北京:中国电力出版社,2004