基于VxWorks实时操作系统的映象特点和构建方案

本文分析了VxWorks的映象特点，设计了几种VxWorks下产品映象的构造方案，并指出了这些构造设计的应用场合。

VxWorks是目前占垄断地位的实时操作系统，在许多领域获得广泛应用，但其产品映象设计却一直是令设计工程师头疼的问题。本文在实践验证的基础上，讨论了基于VxWorks操作系统上的产品映象设计技术，具有很强的实用性。

VxWorks的映象分析

VxWorks映象内容包括：代码段（Text segment）、数据段（Data Segment）和符号起始块段（BSS Segment）。其中，代码段指可执行的指令集合；数据段指已经初始化的全局和静态变量；符号起始块段是未初始化的全局和静态变量，ANSI C/C++中要求这些变量初始化为零。

VxWorks映象按类型分为：可下载的映象（Loadable images）、基于ROM的映象（ROM-based images）和ROM驻留映象（ROM-Resident images）三种。Loadable images一般用于调试，ROM或Flash中的启动代码BSP打通调试通道后，将其从PC机上装入RAM运行。ROM-based images整个映象在ROM或Flash中，由BSP从ROM或Flash中装载整个映象到RAM中运行，并分为压缩和非压缩方式。ROM-resident images则只拷贝VxWorks的data和bss部分到RAM中运行，运行效率低。

基于VxWorks的产品映象设计

本文bootable VxWorks映象即为ROM-based images，downloadable应用模块对应Loadable images。VxWorks最终产品映象一般烧录在Flash中，但由于Flash容量有限，并且为了动态更换程序方便，有时需要使用两片Flash。其中，第一片小容量的Flash仅作为启动和下载程序功能，采用插件式，以便替换；第二片大容量的Flash存放用户应用代码，多采用贴片方式。具体VxWorks的产品映象构造可使用以下四种技术方案。

方案一

Flash中存放BOOT+OS+ APPLICATION代码（Tornado图形环境下选项为bootable映象，rules=VxWorks_rom）。

在Flash中的 BOOT启动后，就将OS装入RAM，跳到OS入口点，OS执行，并由OS最终调起用户应用程序。这种设计最为简洁，只需一片Flash装载程序。缺点是，采用插件Flash容量很小，仅适合程序不大的场合；而采用贴片方式的Flash，则有一个头疼的程序烧写问题。

方案二

第一片小容量Flash放BOOT代码；第二片大容量的Flash放OS+APPLICATION代码（Tornado图形环境下选项为bootable映象，rules=VxWorks）。

由VxWorks的Loadable images启动过程可知，第一片Flash会将BOOT code拷贝到RAM_HIGH_ADRS为起址的RAM空间，BOOT code则将OS拷贝到RAM_LOW_ADRS为起址的RAM空间，并跳到OS入口点，即RAM_LOW_ADRS执行。所以这种方法是在第一片Flash启动后，接着将第二片Flash中保存的OS+APPLICATION映象拷贝到RAM的RAM_LOW_ADRS “ RAM_HIGH_ADRS之间，然后跳到RAM中的RAM_LOW_ADRS地址处即OS入口点执行。

方案三

第一片小容量Flash放BOOT代码；第二片大容量的Flash放BOOT+OS+APPLICATION（Tornado图形环境下选项为bootable映象，rules=VxWorks_rom）。

第一片BOOT启动后，其代码执行的最后一句跳至第二片Flash的启动代码romInit（）处执行。第一片Flash代码用来将程序下载到第二片Flash中，正常情况下则是简单地启动第二片Flash中已有的程序。在做第二片Flash中的BOOT+OS+APPLICATION映象时，需要将BSP中config.h文件的ROM_BASE_ADRS参数修改为第二片Flash的基址，表示基于第二片Flash启动运行。这里第二片Flash执行并不等同复位CPU，只是又执行了一次与第一片Flash中上电复位后内容类似的初始化代码并新启动了一个OS，这个OS重新接管了SDRAM以及CPU的所有寄存器等，而第一片Flash中代码不再执行。

下面提供一种方法，通过第一片Flash中的代码，可以将远程PC机上编译好的二进制可执行文件 rom.bin（含有BOOT+OS+APPLICATION）ftp到第二片Flash：

方案四

第一片小容量Flash放BOOT+OS+LOADER代码（Tornado图形环境下选项为bootable映象，rules=VxWorks_rom）；第二片大容量Flash放APPLICATION（Tornado图形环境下选项为downloadable应用模块且可重定位，rules=objects），此片Flash必须有文件系统。

第一片Flash中是一个完整的产品映象，等同于BOOT+OS+APPLICATION，LOADER就是一个简单的APPLICATION，利用VxWorks提供给用户的目标模块加载器loadlib来完成LOADER功能。在第一片Flash启动运行到LOADER时，由LOADER的loadModule（）函数将第二片Flash的APPLICATION文件动态加载入RAM，并与OS连接为可直接执行的映象，然后用symFindByName（）找到应用代码文件appl.o中用户应用入口点”ApplEntry“，最后跳到应用入口函数执行。

第一片Flash中的LOADER代码如下：

FUNCPTR StartEntry；

fd = open （”/Flash2/appl.o“， O_RDONLY，0）；

loadModule（fd， LOAD_ALL_SYMBOLS）；

symFindByName（sysSymTbl，“ApplEntry”，（char **）%26;amp;StartEntry，%26;amp;Type）；

（*StartEntry）（ ）；

其中，（1）loadModule（int fd，int loadFlag）函数从指定的文件fd中装载目标模块，并将Text、Data、BSS段放入目标内存池中；（2）SymFindByName（SYMTAB_ID symTblId， char* name， char** pValue， SYM_TYPE* pType）从符号表中搜寻与指定符号名匹配的符号，并将值考入pValue和pType中。

VxWorks产品映象设计方案比较

以上方案中，第一种设计只适合代码小的产品映象；第二、三、四种适合大容量代码的映象设计。第二种设计启动最快，但用户可修改性差，不灵活。第三种设计启动两次，速度慢，但可以做到动态远程更新包括BSP在内的整个第二片Flash中的映象。第四种必须在第二片Flash中有闪存文件系统TrueFFS，appl.o以文件形式存放其中，此设计最为复杂，但在增加远程程序下载更新功能方面十分方便。以上映象构造方案在实际中都得到成功验证，应用设计人员可以按照实际要求灵活选择。

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