開發(fā)RTEMS實時系統(tǒng)的板級支持包
板級支持包BSP(Board Support Package)是嵌入式實時系統(tǒng)的基礎部分，也是實現(xiàn)系統(tǒng)可移植性的關鍵。它負責上電時的硬件初始化、啟動嵌入式操作系統(tǒng)或應用程序模塊、提供底層硬件驅動，為上層軟件提供訪問底層硬件的手段。BSP針對目標板設計，其結構和功能隨目標板的不同而呈現(xiàn)較大的差異。在將嵌入式系統(tǒng)移植到一種新的CPU時，必須提供相應的板級支持包。
本文參考SPARC微處理器ERC32的BSP，主要討論RTEMS的BSP開發(fā)過程。
1 RTEMS體系結構
RTEMS采用微內(nèi)核基礎上的層次化結構，如圖l所示。這種結構只把那些絕對必需的系統(tǒng)功能置于內(nèi)核之中(如中斷管理、上下文切換、內(nèi)存訪問管理、時間管理、線程及線程間的通信與同步管理等)，而把那些并非必需的系統(tǒng)功能(如文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡、遠程過程調用等)置于微內(nèi)核之上在用戶模式下運行。
RTEMS的板級支持包是啟動代碼、連接器腳本和編譯規(guī)范文件(specs)和設備驅動程序的集合[2]，它們針對不同目標機的硬件環(huán)境剪裁RTEMS。
2 RTEMS啟動過程
處理器加電或復位時，基于RTEMS的應用程序初始化或者重新初始化[3]。BSP中的啟動代碼負責為RTEMS應用程序建立運行環(huán)境。
RTEMS啟動過程的順序如下：
① 執(zhí)行BSP中的啟動代碼；
② 調用rtems_initialize_executive；
③ 局部和全局應用程序的初始化。
處理器復位時，首先執(zhí)行BSP的啟動代碼。BSP必須將所有的硬件初始化為一個靜止狀態(tài)，然后操作系統(tǒng)才能初始化。rtems_initialize_executive指令不返回啟動代碼，它將導致最高優(yōu)先級的初始化任務開始執(zhí)行。初始化任務用于完成局部或全局依賴于RTEMS的應用程序初始化。
3 BSP開發(fā)過程
下面以SPARC微處理器ERC32為例，說明RTEMSBSP的開發(fā)步驟：
①建立開發(fā)環(huán)境。開發(fā)模式采用宿主機／目標機模式。宿主機運行環(huán)境采用Linux系統(tǒng)，目標機為ERC32。宿主機和目標機通過串口連接。交叉開發(fā)工具采用添加了RTEMS補丁的GNU工具鏈(GCC，GDB，Newlib，binary utilities)。
② 選擇BSP模板。通常是根據(jù)操作系統(tǒng)提供的BSP模板，選擇與應用硬件環(huán)境最為相似的參考設計，針對具體的目標機對參考BSP進行必要的修改和增刪，以形成自己的BSP。選擇一個適當?shù)腂SP模板可以達到事半功倍的效果。
③建立新bsp目錄。將模板BSP整個目錄拷貝到適當?shù)哪夸浵?如libbsp/)，重命名為mybsp。
④ 建立bsp配置文件?？截惾我庖粋€BSP．cfg，重命名為mybsp．cfg，修改相關的體系結構定義，如：RTEMS_CPU_MODEL，RTEMS_BSP，CPU_CFLAGS和制定make_exe規(guī)則。
⑤修改makefile文件。對mybsp-bsp中每一個Makefile．in文件，運行acpolish，并檢查運行的結果，例如：
cd /mybsp - bsp/some_subdir
/path_to_SACOS/t00ls/update/acpolish<Makefile．old>Makefile．new
再次運行acpolish：
/path_to_SACOS/tools/update/acpolish<Makefile．new>Makefile．in
將Makefile．new和Makefile．in進行比較。如果不相同，則重新編輯Makefile．new，多次運行acpolish，直到連續(xù)兩次產(chǎn)生的Makefile．in相同。
⑥ 修改啟動代碼。建立自陷表、基本的CPU初始化、設置中斷堆棧等。
⑦ 配置RTEMS。設置RTEMS相關全局變量和常量、RTEMS配置表、CPU依賴信息表、系統(tǒng)初始化任務表，以及用戶初始化任務表等，除完成相關的系統(tǒng)功能之外，提供板上外設的設備驅動程序。
⑧調試和測試。建立RTEMS執(zhí)行映像，利用串口下載可執(zhí)行映像到目標機，測試BSP的正確性。
3．1 啟動代碼實現(xiàn)
BSP的啟動代碼主要包含在五個文件中。它們是Start．s、boardinit．S、bootcard．c、bspstart．C和main．C。
Start．s包含了用于硬件初始化的匯編語言代碼，它是RTEMS的引導ROM入口。入口點SYM(start)是目標機上電后執(zhí)行的第一段程序。SYM(start)的工作是完成將控制轉移到C程序boot_card()所需要的最少的設置，如初始化堆棧和禁止外部中斷等。它的具體操作包括：
①定義自陷表。這個自陷表是SPARC V7體系共有的，可從參考BSP中復制。
②初始化處理器。
a)初始化自陷基地址寄存器TBR，即將自陷表地址寫入TBR；
b)初始化處理器狀態(tài)寄存器PSR，設置系統(tǒng)為最高優(yōu)先級運行模式，禁止所有可屏蔽中斷；
c)設置窗口無效寄存器WIM；
d)初始化堆棧，設置堆棧指針。
③調用SYM(_bsp_board_init)(在boardinit．S中定義，這些代碼是目標板專用的)，初始化MEC系統(tǒng)寄存器，初始化定時器。
④將已初始化數(shù)據(jù)從ROM拷貝到RAM，未初始化內(nèi)存清零。
⑤初始化環(huán)境變量和參數(shù)，調用C程序boot_card()。
boot_card()完成RTEMS的基本配置，如設置RTEMS配置表、CPU依賴信息表的相關入口等。它調用bsp_start()完成目標板特定的系統(tǒng)配置，調用內(nèi)核初始化函數(shù)完成RTEMS系統(tǒng)的初始化。boot_card()的具體操作包括：
①定義和聲明RTEMS全局變量。
extern rtems_configuration_table Configuration；
extern rtems_．configuration_．table BSP_Configuration；
extern rtems_cpu_table Cpu_table；
rtems_api_configuration_table BSP_RTEMS_Configura-tion；
rtems_interrupt_level bsp_isr_level；
②初始化CPU依賴信息表的所有人口為缺省值，除了下列兩項，其余都為NULL。
Cpu_table．do_zero_of_workspace =TRUE；
Cpu_table.interrupt_stack_size =RTEMS_MINIMUM_STACK_SIZE；
③ 調用bsp_start()，根據(jù)目標機環(huán)境重新配置RTEMS，為系統(tǒng)初始化任務建立標準C支持環(huán)境。
④ 調用內(nèi)核初始化函數(shù)rtems_initialize_executive_ early()，初始化RTEMS和設備驅動程序。
⑤調用c_rtems_main()，創(chuàng)建并啟動多任務，運行用戶應用程序，直到調用rtems_shutdown_executive()退出RTEMS，才將控制返回BSP。
bsp_start()根據(jù)目標機環(huán)境重新配置RTEMS，為調用操作系統(tǒng)初始化函數(shù)準備一個合適的軟硬件環(huán)境。它的具體操作是：
①定義RTEMS全局變量。
unsigned char*work_space_start；
rtems_configuration_table BSP_Configuration；
rtems_cpu_table Cpu_table；
②修改CPU依賴信息表，為RTEMS系統(tǒng)初始化任務建立支持環(huán)境。
/*在執(zhí)行系統(tǒng)初始化任務之前，設置存堆的開始地址和大小，建立C支持庫*/
Cpu_table．pretasking_hook=bsp_pretasking_hook；
/*在驅動程序初始化之后注冊設備名，打開標準輸人、標準輸出和標準錯誤文件*/
Cpu_table．postdriver_hook=bsp_postdriver_hook；
Cpu_table．do_zero_of_workspace=TRUE；
/*設置中斷堆棧的大小(16*1024)*/
Cpu_table.interrupt_stack_size=ONFIGURE_INTER-RUPT_STACK_MEMORY；
③檢查并設置工作區(qū)起始地址。
BSP_Configuration．work_space_start=work_space_start；
④設置時鐘嘀嗒頻率。
CPU_SPARC_CLICKS_PER_TICK=BSP_Configuration．microseconds_per_tick；
⑤結束返回boot_card()。
圖2描述了RTEMS系統(tǒng)初始化函數(shù)之間的調用關系。
3.2設備驅動程序實現(xiàn)
設備驅動程序的工作方式有輪詢和中斷兩種。無論采用哪一種方式，設備驅動程序的基本流程都是相同的。下面以時鐘設備驅動程序為例，簡單說明編寫RTEMS設備驅動程序的基本框架。
①聲明和定義常量和全局變量。
/*關于時鐘設備的常量參數(shù)*/
volatile rtems_unsigned32 Clock_driver_ticks；
extern int CLOCK_SPEED；
extern rtems_unsigned32 CPU_SPARC_CLICKS_PER_TICK；
/*定義時鐘驅動程序入口數(shù)據(jù)結構并初始化*/
#define CLOCK_DRIVER_TABLE_ENTRY{Clock_initialize，NULL，NULL，NULL，NULL，Clock_contr01}
②獲取接口參數(shù)。
rtems_device_major_number
rtems_clock_major=～O；
rtems_device_minor_number
rtems_clock_minor
③提供接口函數(shù)。
/*時鐘驅動程序初始化入口*/
rtems_device_driver Clock_initialize() {
/*安裝時鐘中斷向量，設置時鐘計數(shù)器和標度器的預設值；保存時鐘設備接口參數(shù)，以備系統(tǒng)使用*/ }；
/*時鐘滴答中斷處理程序*/
rtems_isr Clock_isr() {
/*時鐘設備的計數(shù)器和標度器設值為周期運行模式*/ }；
/*時鐘設備控制入口*/
nems—deviceLdriver Clock_control()
{
／／設置時鐘滴答中斷處理方式
}；
／*關閉時鐘設備*／
void Clock_exit()
{
／／屏蔽時鐘滴答，停止時鐘計數(shù)
}；
④啟動時鐘設備。
3．3 修改鏈接器命令腳本
鏈接器命令腳本為鏈接器提供鏈接的規(guī)則，對鏈接過程進行顯式地控制．修改鏈接器腳本，配置系統(tǒng)可用內(nèi)存區(qū)域和定義可執(zhí)行映像各個程序段在內(nèi)存中的位置，如加載程序時代碼段(．text)從RAM地址。開始放置．
／*缺省值，可以修改*／
_PR()M_SIZE=2M;
_RAM_SIZE=4M；
_RAM_START_0x02000000;
_PROM-START=0x00000000；
／*最終可執(zhí)行程序段的內(nèi)存位置*／
SECTI()NS
{ ．txt ：
{ text_start=.；
*(．text)
．=ALIGN(16)；
}>RAM
4 建立RTEMS可執(zhí)行映像
BSP開發(fā)完成之后，與RTEMS的其他代碼,如CPU依賴層、超核、API以及標準應用程序模塊等，經(jīng)由交叉編譯工具編譯連接之后，生成可以加載到目標機的RTEMS執(zhí)行映像，如圖3所示。
結 語
BSP的開發(fā)對于嵌入式系統(tǒng)的移植具有重要意義．本文以SPARC體系微處理器ERC32為例，討論了RTEMS BSP的功能及其開發(fā)過程．實踐證明，在BSP的開發(fā)過程中,①選擇一個適當?shù)腂SP模板，②深刻理解模板BSP中的相關概念。這兩點相當重要。因為，選擇一個相近的BSP模板可大大減少工作量和復雜度．縮短移植周期；而深刻理解相關概念有助于根據(jù)具體目標硬件環(huán)境對模板BSP進行正確修改，達到預期目的。
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