嵌入式实时操作系统VxWorks入门－开发环境构建

 

　　VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统(RTOS)，它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞机导航等。在美国的 F-16、FA-18 战斗机、B-2隐形轰炸机和爱国者导弹上，甚至连1997年4月在火星表面登陆的火星探测器上也使用到了VxWorks。VxWorks原先对中国区禁止销售，自解禁以来，在我们的军事、通信、工业控制等领域得到了非常广泛的应用。

　　嵌入式系统的调试方法一般为通过PC(宿主机)上的集成开发环境交叉编译针对特定电路板(目标机)的程序，然后将程序通过目标板的 JTAG、串口或网口等途径下载到目标板上运行。如图1。因此，为了构造一个嵌入式系统的学习环境，拥有一块包含CPU、存储器及I/O电路(构造计算机系统)的目标电路板往往是必要的。虽然许多集成开发环境附带模拟软件，但仅限于指令集的模拟，均无法模拟物理的目标机硬件平台，因而在其上只能进行应用程序的象征性模拟开发。但是，并非所有人都能拥有一块物理的电路板。在这种情况下，我们如何构造一个模拟的开发环境，其学习效果就如同拥有完全真实的电路板一样呢? 本文试图解答此问题，主体内容包括四个方面：

1.        利用VMware等软件模拟真实的目标机;

2.        构建VMware虚拟PC上VxWorks BSP，建立Bootrom和OS映像;

3.        修改Tornado相关设置，连接宿主机与目标机，建立调试通道;

4.        写一个简单的应用程序并下载到目标系统运行。

 
图1 嵌入式系统的调试
　　本章工作的最终目标为：

　　(1)VxWorks在VMware启动成功并顺利运行，如图2;

 
图2 在VMware中运行的VxWorks

(2)可在Tornado上针对目标板编译程序并进行调试，如图3。

 
图3 与目标机建立调试通道的Tornado

1. 模拟目标机
　　PC也具有目标机的所有特点，实际上，我们可以把PC作为嵌入式系统的目标机，从而构造如图4所示的开发模型：　　

 
　　图4 PC作为目标机
　　很遗憾，这种方法实际上非常麻烦，同时开动两台PC进行调试将使你和你的室友饱受折磨，既然他如此地热切于游戏和上网。因此，我们可以借助VMware来在本机上虚拟出另一PC。

　　VMware的确是天才的作品!在同一PC上，利用VMware几乎可以安装所有的操作系统，而且操作系统之间的切换不需要重新启动电脑。VM 的意义是Virtual Machine，即虚拟出一个逻辑的电脑，它可以提供基于Intel CPU的虚拟PC系统环境，包括CPU、内存、BIOS、硬盘和其他外围硬件设备。

　　下面我们讲解用VMware来建立一台虚拟PC的步骤：

　　(1)下载并安装VMware;
　　(2)使用VMware向导建立一个针对VxWorks的虚拟机;
　　此步骤中注意在操作系统中选择“其他”，如图5：
 　　

　　由于目标机最终通过软盘启动，因此要求你的电脑具有软驱。很遗憾，当年日常使用的软盘如今成了古董，很少再有电脑配备软驱。因此，我们再来制造一个假冒伪劣产品，虚拟一个软驱。又一个天才的工具软件RamDiskNT为我们提供了这一便利，图6演示了用RamDiskNT虚拟一个1.44M软盘的方法。
 　　

　　仅仅虚拟一个软驱是不够的，把这个软驱添加到我们建立的虚拟机中才算修成正果，图7演示了添加软驱后的虚拟机硬件设置。

 
图7 包含软驱的虚拟机

2. 构造BSP
2.1下载和编译网卡驱动
　　VMware为运行于其上的操作系统提供虚拟网卡支持，该网卡类型即为AMD的PC-NET，在Tornado开发包中已经包含了该类型网卡的驱动程序，但经过测试，在VMware环境中该驱动无法正常工作，所以可从AMD的网站上下载最新的驱动程序。下载得到的是一个可执行的安装程序，运行该程序将得到一个压缩包和一个帮助文件，按照该帮助的要求，将压缩包直接释放到Tornado目录下。如果提示是否允许覆盖文件，则选择允许。

　　此后按如下步骤完成驱动程序的编译和替换：

1.        打开一个控制台窗口，运行批处理程序：
　　C:\tornado2.2\host\x86-win32\bin\torVars.bat;
　　该批处理文件用于设置环境变量，其内容为：

　　rem Command line build environments
　　set WIND_HOST_TYPE=x86-win32
　　set WIND_BASE=C:\Tornado2.2
　　set PATH=%WIND_BASE%\host\%WIND_HOST_TYPE%\bin;%PATH%

　　如果没有设置成功，可以手工设置这些环境变量。

2.        定位到C:\tornado2.2\target\src\drv\end目录，运行：
　　make CPU=PENTIUM tool=gnu ln97xend.o

3.        定位到C:\tornado2.2\target\lib\pentium\PENTIUM\common目录，并将上一步生成的文件ln97xend.o复制到此目录下。备份此目录下的文件libdrv.a;

4.        运行命令arpentium -d libdrv.a ln97xEnd.o，删除libdrv.a中原有的ln97xEnd模块;

5.        运行命令arpentium -ra iOlicomEnd.o libdrv.a ln97xEnd.o将我们刚刚创建的新ln97xEnd模块添加进去。

2.2修改配置文件
　　我们要修改编译VxWorks的配置头文件Config.h中定义的一些参数，使编译出来的系统引导程序和VxWorks的映象符合我们的要求;同时还要修改sysLn97xEnd.c这个文件，以使系统的网络功能正常运行。

　　(1)定位到目录C:\tornado2.2\target\config\pcPentium并打开该目录下Config.h文件;
　　(2)查找到定义DEFAULT_BOOT_LINE宏的地方，修改预处理条件CPU == PENTIUM分支下的定义如下：

　　#define DEFAULT_BOOT_LINE \
　　"lnPci(0,0)your_host_name:d:\\vxWorks h=192.168.80.169 e=192.168.80.254 u=target pw=vxworks tn=target"

　　其中：

• lnPci(0,0)指定了使用第0个网卡和第0个处理器，lnPci这个标识会因为使用的驱动程序不同而有所不同，但这里用lnPci就可以了;
• host指定你的主机的名字，使用host就可以;
• d:\\vxWorks指定了VxWorks映象下载的完整路径(后面会有说明);
• h=192.168.80.169是宿主机的IP地址，可以根据实际情况修改;
• e=192.168.80.254是目标机的IP地址，可以根据实际情况修改;
• u=target指定了FTP服务器的用户名，这个FTP就是用来下载VxWorks映象的;
• pw=vxworks是FTP服务器与用户名target对应的密码;
• tn=target指定目标机的名字，任意指定即可。

(3)指定网卡驱动程序
　　首先定位到“Network driver options”这段文字，保证INCLUDE_END和INCLUDE_LN_97X_END这两个宏处于定义状态(define)，其他的宏都处于未定义状态(undef)，即：

　　(4)包含PC_CONSOLE
　　缺省情况下，VxWorks系统是不接受外部输入设备(如键盘)的输入，也不向外部输出设备(如显示器)输出数据。为了便于调试，我们必须改变它的这种缺省状态，包含对PC控制台的支持。查找定位宏INCLUDE_PC_CONSOLE，保证其处于定义状态(define)即可，即：

　　(5)修改sysLn97xEnd.c
　　打开C:\tornado2.2\target\config\pcPentium目录下的sysLn97xEnd.c文件，先定位到 “memory-mapped IO base”这段文字，然后将其前面的参数由pciRsrc[endUnit].bar[1]修改为NONE，保存即可，即：

2.3 编译Bootrom和VxWorks映像
　　编译Bootrom
　　打开Tornado开发工具，在Build菜单下选择Build Boot ROM，选择BSP为pcPentium，image类型为bootrom，工具为gnu，如图8。点击OK，Bootrom就会编译。
 

　编译VxWorks映像
　　编译生成bootrom后，还要创建一个VxWorks映象(image)，也就是VxWorks操作系统本身的代码，步骤为：

　　(1) 创建一个“bootable VxWorks image”的工程，BSP 选择pentium;
 　　

　　(2) 选择需要的VxWorks组件
　　如图10，在这个例子中我们需要包括两个重要的组件：Telnet server 和 Target shell。前者使我们可以通过Telnet协议登录到VxWorks操作系统中;后者则可以让我们通过命令行控制VxWorks系统。另外，需要把所有 C++相关的选项都包含进去。
 
　　完成选择后，即可开始编译程序。到此我们已经生成了VxWorks的系统引导程序和运行时的代码映象。在每次修改完系统的配置信息(如： config.h)后，都要重新创建一个工程来编译VxWorks映象。将生成的名为“vxworks”的文件复制到D:\下。这个路径是由上面我们所设置的DEFAULT_BOOT_LINE宏中的路径参数决定的，必须保持二者一致。

2.4 创建引导软盘
　　由于目标机从软盘启动，我们需要制作VxWorks引导磁盘，用于引导VxWorks操作系统映象。定位到C:\tornado2.2\target\config\pcPentium目录，插入已经格式化好的软盘，运行：

　　mkboot a: bootrom

　　该命令将在软盘上建立VxWorks系统引导分区，并将引导程序复制到软盘上。

3. 建立调试环境
3.1配置FTP服务器
　　宿主机上的FTP服务器用于在系统成功引导后，下载VxWorks的运行时映象，最好使用Tornado开发环境自带的FTP服务软件。
 
　　如图11，打开Tornado FTP Server，选择“Security”菜单下的“Users/Rights”子菜单，创建User Name为 url： http://www.51lm.cn/p/templates/cn/show.php?cid=0&aid=263