摘 要： 本文分析了VxWorks的映象特點，設計了幾種VxWorks下產品映象的構造方案，并指出了這些構造設計的應用場合。
關鍵詞： VxWorks；映象；啟動代碼
VxWorks是目前占壟斷地位的實時操作系統，在許多領域獲得廣泛應用，但其產品映象設計卻一直是令設計工程師頭疼的問題。本文在實踐驗證的基礎上，討論了基于VxWorks操作系統上的產品映象設計技術，具有很強的實用性。
VxWorks的映象分析
VxWorks映象內容包括：代碼段(Text segment)、數據段(Data Segment)和符號起始塊段(BSS Segment)。其中，代碼段指可執行的指令集合；數據段指已經初始化的全局和靜態變量；符號起始塊段是未初始化的全局和靜態變量，ANSI C/C++中要求這些變量初始化為零。
VxWorks映象按類型分為：可下載的映象(Loadable images)、基于ROM的映象(ROM-based images)和ROM駐留映象(ROM-Resident images)三種。Loadable images一般用于調試，ROM或Flash中的啟動代碼BSP打通調試通道后，將其從PC機上裝入RAM運行。ROM-based images整個映象在ROM或Flash中，由BSP從ROM或Flash中裝載整個映象到RAM中運行，并分為壓縮和非壓縮方式。ROM-resident images則只拷貝VxWorks的data和bss部分到RAM中運行，運行效率低。
基于VxWorks的產品映象設計
本文bootable VxWorks映象即為ROM-based images，downloadable應用模塊對應Loadable images。VxWorks最終產品映象一般燒錄在Flash中，但由于Flash容量有限，并且為了動態更換程序方便，有時需要使用兩片Flash。其中，第一片小容量的Flash僅作為啟動和下載程序功能，采用插件式，以便替換；第二片大容量的Flash存放用戶應用代碼，多采用貼片方式。具體VxWorks的產品映象構造可使用以下四種技術方案。
方案一
Flash中存放BOOT+OS+ APPLICATION代碼(Tornado圖形環境下選項為bootable映象，rules=VxWorks_rom)。
在Flash中的 BOOT啟動后，就將OS裝入RAM，跳到OS入口點，OS執行，并由OS最終調起用戶應用程序。這種設計最為簡潔，只需一片Flash裝載程序。缺點是，采用插件Flash容量很小，僅適合程序不大的場合；而采用貼片方式的Flash，則有一個頭疼的程序燒寫問題。
方案二
第一片小容量Flash放BOOT代碼；第二片大容量的Flash放OS+APPLICATION代碼(Tornado圖形環境下選項為bootable映象，rules=VxWorks)。
由VxWorks的Loadable images啟動過程可知，第一片Flash會將BOOT code拷貝到RAM_HIGH_ADRS為起址的RAM空間，BOOT code則將OS拷貝到RAM_LOW_ADRS為起址的RAM空間，并跳到OS入口點，即RAM_LOW_ADRS執行。所以這種方法是在第一片Flash啟動后，接著將第二片Flash中保存的OS+APPLICATION映象拷貝到RAM的RAM_LOW_ADRS ~ RAM_HIGH_ADRS之間，然后跳到RAM中的RAM_LOW_ADRS地址處即OS入口點執行。
方案三
第一片小容量Flash放BOOT代碼；第二片大容量的Flash放BOOT+OS+APPLICATION(Tornado圖形環境下選項為bootable映象，rules=VxWorks_rom)。
第一片BOOT啟動后，其代碼執行的最后一句跳至第二片Flash的啟動代碼romInit()處執行。第一片Flash代碼用來將程序下載到第二片Flash中，正常情況下則是簡單地啟動第二片Flash中已有的程序。在做第二片Flash中的BOOT+OS+APPLICATION映象時，需要將BSP中config.h文件的ROM_BASE_ADRS參數修改為第二片Flash的基址，表示基于第二片Flash啟動運行。這里第二片Flash執行并不等同復位CPU，只是又執行了一次與第一片Flash中上電復位后內容類似的初始化代碼并新啟動了一個OS，這個OS重新接管了SDRAM以及CPU的所有寄存器等，而第一片Flash中代碼不再執行。
下面提供一種方法，通過第一片Flash中的代碼，可以將遠程PC機上編譯好的二進制可執行文件 rom.bin(含有BOOT+OS+APPLICATION)ftp到第二片Flash：
/*(1)將PC ftp Server上的二進制可執行文件rom.bin(含有BOOT+OS+APPLICATION)ftp到target的SDRAM緩沖區buf中*/
if (ftpXfer ("server", "fred", "magic", "", "RETR %s", "/usr/appl", "rom.bin",
&ctrlSock, &dataSock) == ERROR)
return (ERROR);
while ((nBytes = read (dataSock, buf, 5*1024)) > 0)
{
buf = buf + nBytes;
TotalNum = TotalNum + nBytes;
}
close (dataSock);
if (ftpReplyGet (ctrlSock, TRUE) != FTP_COMPLETE)
status = ERROR;
if (ftpCommand (ctrlSock, "QUIT", 0, 0, 0, 0, 0, 0) != FTP_COMPLETE)
status = ERROR;
close (ctrlSock);
/*(2)將ftp到SDRAM中的內容寫入第二片Flash中*/
writeFlash2(buf-TotalNum,FLASH2BASE,TotalNum);
/*(3)第一片Flash執行的最后一行代碼是跳轉到第二片Flash中第一條語句執行*/
FUNCPTR entry = (FUNCPTR)(FLASH2BASE+0x100);
go (entry);
方案四
第一片小容量Flash放BOOT+OS+LOADER代碼(Tornado圖形環境下選項為bootable映象，rules=VxWorks_rom)；第二片大容量Flash放APPLICATION(Tornado圖形環境下選項為downloadable應用模塊且可重定位，rules=objects)，此片Flash必須有文件系統。
第一片Flash中是一個完整的產品映象，等同于BOOT+OS+APPLICATION，LOADER就是一個簡單的APPLICATION，利用VxWorks提供給用戶的目標模塊加載器loadlib來完成LOADER功能。在第一片Flash啟動運行到LOADER時，由LOADER的loadModule()函數將第二片Flash的APPLICATION文件動態加載入RAM，并與OS連接為可直接執行的映象，然后用symFindByName()找到應用代碼文件appl.o中用戶應用入口點"ApplEntry"，最后跳到應用入口函數執行。
第一片Flash中的LOADER代碼如下：
FUNCPTR StartEntry；
fd = open ("/Flash2/appl.o", O_RDONLY,0)；
loadModule(fd, LOAD_ALL_SYMBOLS)；
symFindByName(sysSymTbl,“ApplEntry”，(char **)&StartEntry，&Type)；
(*StartEntry)( )；
其中，(1)loadModule(int fd,int loadFlag)函數從指定的文件fd中裝載目標模塊，并將Text、Data、BSS段放入目標內存池中；(2)SymFindByName(SYMTAB_ID symTblId, char* name, char** pValue, SYM_TYPE* pType)從符號表中搜尋與指定符號名匹配的符號，并將值考入pValue和pType中。
VxWorks產品映象設計方案比較
以上方案中，第一種設計只適合代碼小的產品映象；第二、三、四種適合大容量代碼的映象設計。第二種設計啟動最快，但用戶可修改性差，不靈活。第三種設計啟動兩次，速度慢，但可以做到動態遠程更新包括BSP在內的整個第二片Flash中的映象。第四種必須在第二片Flash中有閃存文件系統TrueFFS，appl.o以文件形式存放其中，此設計最為復雜，但在增加遠程程序下載更新功能方面十分方便。以上映象構造方案在實際中都得到成功驗證，應用設計人員可以按照實際要求靈活選擇。
參考文獻
1 VxWorks Programmer’s Guide,5.4[M].WindRiver ,Inc．
2 Tornado User’s Guide,2.0[M].WindRiver ,Inc．
3 孔祥營，柏桂枝．嵌入式實時操作系統VxWorks及其開發環境Tornado[M]．北京：中國電力出版社，2002.
