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基于VxWorks的bootrom代码改进
摘要：在Wind River公司开发的VxWorks嵌入式操作系统平台上，改进交换机产品bootrom软件的实现方式；给出实现方法和改进目的，为BSP开发人员提供一套全新的bootrom实现方案。关键词：VxWorks bootrom BSP makefile
1 问题的提出
VxWorks是Wind River公司开发的一种嵌入式操作系统，具有强大的功能和友好的用户界面。VxWorks软件应用非常广泛，不仅应用在网络设备、家用电器当中，而且还应用在航天、导弹等高端领域。在网络设备应用领域中，通常利用VxWorks来开发bootrom代码、BSP（Boadr Support Packet）代码以及上层的网络协议代码。
通常，Bootrom软件有以下功能：①通过串口下载操作系统映像；②通过串口升级自身映像；③通过串口下载系统配置文件、系统信息文件；④加载操作系统映像，使其正常启动；⑤其它的辅助功能，如地址内容查看功能、址内容修改功能和bootrom菜单显示信息控制的功能等。对于通常的bootrom代码编译，大多数用户选择使用GNU make的DOS命令来进行。因为如果bootrom不提供网口功能的话，单纯的CPU驱动部分代码量是不大的；但如果提供网口功能的话，代码量相对较大，文件之间的内在关系比较复杂，因此，系统使用GNU make的DOS命令来编译生成bootrom就显得有点麻烦。Makefile文件主要是由“目标”（target）、“依赖性”（dependencies）和“动作”组成的一系列规则，而VxWorks提供的GNU make工具就是根据Makefile指定的规则来编译和链接程序的。Makefile基本结构虽然简单，但正确、灵活地运用这些规则并不是那么轻松的事情。即使根据GNU Makefile规则书写出适当的Makefile文件，但随着代码的改变，Makefile还需要经常修改，这就增加了BSP开发人员的负担。而且，对于交换产品而言，其成本控制是非常严格的。对于存放bootrom软件的Flash来说，通常要求大小为512KB，这样就需要考虑到容量的限制。
因此，必须使用新的方法来简化bootrom代码编译，而且要在保证提供网口功能的情况下，系统提供的bootrom软件小于512KB。
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2 实现方法
2.1 通过建立工程生成bootrom映像
采用建立工程的方式可以有效地解决这个问题。首先依据bootrom中的BSP代码来新建一个工程，然后将网中驱动代码加入到建好的工程中。这样就可以通过编译工程实现带有网口下载功能的bootrom软件。但对于VxWorks嵌入式系统而言，它有自己一套规范，求bootrom软件在加电后必须从romInit（）函数开始运行，而建立工程所得的入口函数为sysInit()。因此需要增加一个系统壳代码，这个壳代码所要完成的任务就是加载bootrom工程的映像，并从romInit（）开始执行bootrom代码。通过建立工程来调试bootrom代码有以下优点。
（1）责任分明
开发产品是一个复杂的工程，需要多人合作完成。对于CPU子系统和网口驱动系统这两块内容来说，更需要责任明确。通过建立工程来调试代码，可以准确地定位错误文件和函数的位置。是BSP代码出现问题，还是网口驱动代码出现问题，可以一目了然，做到责任明确。
（2）提高效率
通过建立工程可以节省书写Makefile文件时间，并可以让VxWorks软件的友好图形界面这优点得到更好的体现。另外，建立工程也可以减少文件编译排错的难度，方便工程文件的调试以及功能的验证，从而大大提高工作效率，加快工作进度。
2.2 编写壳代码并实现加载
建立工程生成映像文件的入口函数为sysInit（），而VxWorks规范中要求系统加电后要从romInit（）函数开始运行。因此，需要设计一个方案来加载编译工程得到的映像，而且要具备初始化CPU和SDRAM存储空间的功能。
首先，系统从romInit（）函数中开始运行，完成CPU和SDRAM初始化，跳转到函数romStart()运行。然后，加载第二份bootrom代码到系统的低地址处，运行壳代码中的sysInit（）函数，并调用自己构造的解压函数usrInit（），将压缩后的工程映像文件解压缩到系统高地址处，之后系统继续运行解压后的bootrom代码。此时，系统开始运行sysInit（）函数，调用VxWorks系统中的usrInit（）函数，开始初始化系统硬件、内核以及其它外围设备。
壳函数usrInit（）代码如下：
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为系统低地址，是操作系统运行的起始地址，但bootrom可以利用低地址来实现在系统高地址的运行。宏ROM_OFFSET用于准确定位函数地址，因为bootrom中运行的代码要求以相对地址方式来寻址，而不能以绝对地址方式寻址。_binArrayStart为压缩后二进制代码的开始符，_binArrayEnd为压缩后二进制代码的结束符。Inflate()是VxWorks软件的解压缩函数，用于解压缩由deflate()压缩函数压缩的二进制文件映像。同时，需要将下述代码添加到编译规则文件rules.vxWorks中的相应部分：
$（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中包含构造的壳函数usrInit（）。SysInit()为解压软件入口函数。上述语句的功能：第一行完成壳文件的编译，第二、三行完成壳目标代码与第二份bootrom代码的链接。这样，一个具有解压功能的壳函数就被链接到第二份bootrom映像中了。
图1、图2是修改前的系统运行方式与修改后系统运行方式比较。
通过这两种方式的比较可以看出，修改前系统运行式与修改后的运行方式有下面两点差异；①第一份bootrom启动后，前者存在解压缩自射映像的操作，而后者没有；②对于第二份bootrom，前者没有壳代码，而后者有。
2.3 缩减文件长度
通常第一份bootrom代码只有两个文件，一个是包含CPU和SDRAM初始化文件romInit.s，另外就是包含romStart()函数的bootInit.c文件。另外，根据需要还可以添加提供串口轮询显示功能的文件。对于第一份bootrom代码，通常只有10KB左右（这是针对系统修改后的方式），而对于包含壳函数代码的，通过建立工程并编译而生成的第二份bootrom比较大，通常为570KB左右。（注意：这几个数值是通过特定的产品来得出的结论，并不应用于所有产品，但遇到类似的情况可以借鉴处理。）而其后面的一部分完全是0，可以考虑去掉这些0，但不能影响软件的功能。经过测试得出结论：去掉后面的0对系统功能和性能没有任何影响。
通过文件的操作来实现两份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，直接将两个文件合并起来要在580KB左右，大于512KB，这是很多系统不能满足的。第二份bootrom映像的后面部分的内容类似表1所列的信息。
表1 bootrom映像部分二进制内容
从表1可以看出，在地址0x00078233处就是0值了。这样可以通过对文件内容的操作将0x00078240后面的内容全部剔除，从而可将合并后的bootrom代码控制在512KB以内。当然，我们通常会选择一个整数值进行操作，即将0x0007824后的所有值去掉即可。
这样处理，可以减少维护和开发的工作量。如果按照以往的做法，bootrom软件对外将有第一份和第二份的区别，无论是生产、上层软件调试还是开发，都需要分别对待，这样维护量和开发量将会加大。而经过修改后，可把区别只控制在开发阶段，在线升级时，可以按照一个软件来通过串口或网口来进行升级。通过对bootrom最后生成文件大小的控制，可以简化生产流程，加快生产进度。
3 小结
在嵌入式操作系统中进行程序开发，需要经常开辟新的思路，以一些简单的实现方式代替复杂易错的方式。在本次产品开发过程中，将bootrom映像生成方式由惯用的GNU make命令行实现，修改为按照新建工程的方式来实现，是一个相对好的方法，对整个产品的后续批量生产、用户维护和后续开发都奠定了一个良好的基础。
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