基于TrueFFS的鐵路牽引自動化系統(tǒng)應(yīng)用

 引 言

在嵌入式產(chǎn)品中，一般使用Flash作為應(yīng)用程序代碼及各種數(shù)據(jù)和參數(shù)的存儲介質(zhì)。尤其是NOR Flash具有操作接口簡單、傳輸效率高、芯片內(nèi)執(zhí)行(eXecute In Place，XIP)的特點(diǎn)，在電力、鐵路等工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

為了便于用戶的使用，VxWorks操作系統(tǒng)提供了基于Flash的文件系統(tǒng)，即TrueFFS。TrueFFS與DosFS文件系統(tǒng)基本兼容，通過VxWorks提供的操作接口以文件的方式實(shí)現(xiàn)對Flash的操作。而對于用戶來說，如何在自己的硬件系統(tǒng)上根據(jù)Flash的具體型號和使用要求實(shí)現(xiàn)TrueFFS系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上完成應(yīng)用程序代碼的靈活啟動、更新，同時兼顧仿真調(diào)試的需求，則非常重要。

1 系統(tǒng)基本功能

本系統(tǒng)應(yīng)用于鐵路牽引自動化系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)在電氣化鐵路供電系統(tǒng)中對相關(guān)電力設(shè)備的保護(hù)、測量和控制功能。系統(tǒng)基本功能框圖如圖1所示。核心CPU選用Freescale公司的ColdFire系列32位微控制器MCF5234。該處理器內(nèi)部集成了UART、SPI、I2C、ETPU、CAN、以太網(wǎng)等豐富的功能模塊，系統(tǒng)主頻可達(dá)150 MHz，主要用于工業(yè)控制、智能家電等方面(尤其是電力自動化控制領(lǐng)域)。系統(tǒng)通過2路以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)與當(dāng)?shù)鼗蜻h(yuǎn)方設(shè)備的通信，維護(hù)串口用來實(shí)現(xiàn)對本設(shè)備的維護(hù)，采用2片16位接口的NOR Flash實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序和有關(guān)參數(shù)及數(shù)據(jù)的存儲。系統(tǒng)提供模擬量輸入、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出等接口。有關(guān)的模擬量及開關(guān)量狀態(tài)信息經(jīng)過對應(yīng)接口采集到系統(tǒng)內(nèi)部，經(jīng)過保護(hù)算法軟件的處理后，再通過數(shù)字量輸出接口完成對有關(guān)設(shè)備的控制操作。

在傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)中，編譯好的運(yùn)行態(tài)應(yīng)用程序一般通過硬件調(diào)試工具(如BDM調(diào)試器)直接固化到程序Flash的指定位置，裝置上電或復(fù)位后，CPU直接跳轉(zhuǎn)到Flash的起始位置，從Flash中取指并開始執(zhí)行。但是在VxWorks中，采用該方式不方便軟件的仿真調(diào)試，需要重新固化bootrom才行。另外，由于系統(tǒng)要求保存較多的參數(shù)和數(shù)據(jù)，需要在2片F(xiàn)lash中都實(shí)現(xiàn)TrueFFS系統(tǒng)；并且為了滿足動態(tài)更新程序的要求，還需要實(shí)現(xiàn)FTP的功能。因此，需要實(shí)現(xiàn)如下功能：在2片F(xiàn)lash上實(shí)現(xiàn)True-FFS；在bootrom和應(yīng)用VxWorks程序上實(shí)現(xiàn)TrueFFS和FTP的加載；對bootrom進(jìn)行改造，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用VxWorks程序和調(diào)試VxWorks程序分別通過TrueFFS和TFTP的方式啟動。

2 TrueFFS的實(shí)現(xiàn)及加載

2．1 TrueFFS的層次結(jié)構(gòu)

如圖2所示，VxWorks中TrueFFS的層次結(jié)構(gòu)包括內(nèi)核層、翻譯層、socket層、MTD層。由于VxWorks對TrueFFS進(jìn)行了優(yōu)秀的層次劃分和封裝，用戶一般不需要對上述基本層次代碼進(jìn)行修改。MTD層實(shí)現(xiàn)了對常用幾種類型Flash的讀、寫、擦除等基本控制。如果用戶選用了支持的類型，則基本不需要編寫代碼；而如果用戶選用了特殊類型的Flash，則可以參考用例代碼完成對應(yīng)MTD層代碼的編寫。

2．2 MTD層代碼實(shí)現(xiàn)

由于本系統(tǒng)中選用的2片F(xiàn)lash為Spansion公司的S29AL032D，因此需要編寫對應(yīng)的驅(qū)動代碼。對于MTD層，一般向上提供MTD識別、Flash連續(xù)扇區(qū)擦除、Flash連續(xù)數(shù)據(jù)寫等主要接口函數(shù)，可以不提供單獨(dú)的鏡像函數(shù)，系統(tǒng)會使用內(nèi)部缺省的鏡像函數(shù)。需要在2片F(xiàn)lash上實(shí)現(xiàn)TrueFFS，即每片F(xiàn)lash相當(dāng)于一個分區(qū)，這一點(diǎn)在編寫驅(qū)動程序時需要重點(diǎn)考慮。在MTD層驅(qū)動程序中，F(xiàn)lash的單個字節(jié)(或字)寫入接口函數(shù)為重點(diǎn)，不同F(xiàn)lash類型以及不同的端口寬度都會導(dǎo)致該函數(shù)的實(shí)現(xiàn)不同。其寫操作流程如圖3所示。

為了在兩片F(xiàn)lash上實(shí)現(xiàn)2個文件分區(qū)，可以采用以下方式：在sysTffs．c中定義新的MTD類型，并根據(jù)實(shí)際需要定義2片F(xiàn)lash(即兩個分區(qū))的起始地址和長度，并根據(jù)上述定義完成TrueFFS設(shè)備基址和窗口尺寸的設(shè)置；在sysTffsInit()函數(shù)中進(jìn)行2次rfaRegister()操作以完成2個分區(qū)的注冊；在rfaRegister()中根據(jù)注冊的TrueFFS設(shè)備個數(shù)設(shè)置本TrueFFS設(shè)備的設(shè)備號。在MTD層接口函數(shù)中一般都有一個Flash驅(qū)動設(shè)備的參數(shù)，可以根據(jù)該參數(shù)來獲取2個TrueFFS設(shè)備的設(shè)備號，然后分別指向?qū)?yīng)的Flash地址范圍進(jìn)行相應(yīng)的操作。

MTD驅(qū)動設(shè)計(jì)完成后，可以根據(jù)VxWorks提供的方式完成TrueFFS的加載。在應(yīng)用程序中可以通過組件配置界面進(jìn)行加載配置，而在bootrom中則需要手動修改相應(yīng)的配置文件。

由于系統(tǒng)的啟動需要從boottom開始，其編譯的結(jié)果文件必須以二進(jìn)制方式固化到程序Flash的起始位置，因此每片F(xiàn)lash起始的256 KB空間都預(yù)留出來，不參與TrueFFS系統(tǒng)的管理。這樣，F(xiàn)lash上文件的操作與bootrom啟動代碼的保存不存在沖突。