BM3803MG與VxWorks的BSP設計

BM3803MG是由北京微電子技術研究所研制的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的SPARC V8構(gòu)架的國產(chǎn)高可靠嵌入式控制器，能夠穩(wěn)定運行VxWorks實時操作系統(tǒng)，其性能高、功耗低，可應用于航空、航天等高可靠領域的32 bit抗輻射RISC芯片。本文用該款控制器以及工業(yè)級以太網(wǎng)芯片KSZ8851-16mll為某型號研制了系統(tǒng)主控板，該板采用實時操作系統(tǒng)VxWorks編程，并對主控板的板級支持包（BSP）進行設計，從而實現(xiàn)了基于以太網(wǎng)的高可靠和實時的數(shù)據(jù)處理。本文主要介紹主控板以太網(wǎng)芯片KSZ8851-16mll的VxWorks驅(qū)動設計。
　　1 硬件系統(tǒng)構(gòu)成
　　如圖1所示，硬件系統(tǒng)由BM30803MG、FPGA、SDRAM和以太網(wǎng)控制器構(gòu)成硬件系統(tǒng)。
　　
　　BM3803MG是基于SPARC V8體系結(jié)構(gòu)的32 bit處理器，可用于板上嵌入式實時計算機系統(tǒng)。BM3803MG芯片內(nèi)部包含有：整數(shù)處理單元、浮點處理單元、獨立的指令和數(shù)據(jù)Cache、硬件乘法器和除法器、中斷控制器、帶有跟蹤緩沖器的硬件調(diào)試單元、2個24 bit定時器、通用I/O接口、看門狗；能夠支持PROM、SRAM、SDRAM和I/O映射空間訪問的存儲器控制器；具有軟件可以控制的省電工作模式；具有可實現(xiàn) PCI 主機橋（Host bridge）和從屬橋（Guest bridge）功能的PCI 控制器；符合PCI2.3規(guī)范的33 MHz PCI接口；完全的三模冗余設計、 EDAC和奇偶校驗。
　　主要性能指標［1］：
　?。?）用Dhrystone 2.1作為測試程序、CPU主頻為100 MHz時，處理能力為86 MIPS；用Whetstone作為測試程序、CPU主頻為100 MHz時，浮點處理能力為23 MFLOPS。
　?。?）抗輻性能：總劑量抗輻能力為100 Krad（Si）， 優(yōu)于1 E-5錯誤/器件/day的SEU事件，優(yōu)于70 MeV cm2/mg的抗閂鎖能力。BM3803MG總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
　　
　　2 VxWorks BSP設計
　　VxWorks是美國風河公司（現(xiàn)已被Intel收購）推出的一款高性能、可裁減的嵌入式實時操作系統(tǒng)，它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域中［2］。由于操作系統(tǒng)廠商不能對所有設備的處理器驅(qū)動提供支持，故需要針對不同的硬件平臺進行相關驅(qū)動的開發(fā)。
　　2.1 BSP
　　板級支持包BSP（Board Support Package）是介于底層硬件和上層軟件之間的底層軟件開發(fā)包，它將系統(tǒng)中與硬件直接相關的一層軟件獨立出來。本設計中BSP的主要功能是屏蔽硬件、提供操作系統(tǒng)的驅(qū)動及硬件驅(qū)動。具體功能包括［3］：（1）目標板硬件初始化。主要是CPU的初始化，為整個系統(tǒng)提供底層硬件支持；（2）為操作系統(tǒng)提供設備驅(qū)動程序和系統(tǒng)中斷服務程序；（3）定制操作系統(tǒng)的功能。為軟件系統(tǒng)提供一個實時多任務的運行環(huán)境；（4）初始化操作系統(tǒng)。為操作系統(tǒng)的正常運行做好準備。
　　在網(wǎng)卡驅(qū)動開發(fā)之前，BSP中包括makefile、depend.bm3803、config.h、bm3803.h、romlnit.S、sysALib.S、sysLib.c、sysSeria1.c等，其中config.h中包含特定CPU板的所有包含文件和定義。
　　2.2 KSZ8851-16mll以太網(wǎng)控制器
　　KSZ8851-16mll是美國Micrel公司研制的單端口嵌入式控制芯片，它包括一個快速以太網(wǎng)的 MAC控制器、一個8/16 bit的普通主機處理器接口以及在 RXQ（12 KB）和 TXQ（6 KB）之間進行共享的18 KB內(nèi)部緩沖存儲器，并提供了Wake-on-LAN技術，可有效地解決快速以太網(wǎng)的應用［4］；支持大端（Big-Endian）和小端（Little-Endian）的處理器、多幀數(shù)據(jù)傳輸和接收、IPv4/ IPv6 checksum和32 bit CRC的生成與校驗。此外，KSZ8851-16mll還提供了強大的功率管理功能。
　　2.3 驅(qū)動程序的實現(xiàn)
　　2.3.1 SENS協(xié)議棧
　　VxWorks支持可裁減的增強型網(wǎng)絡堆棧SENS（Scalable Enhanced Networks Stack），提供了可替換的網(wǎng)絡設備驅(qū)動程序。SENS 的基本層次結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議棧相似，但SENS最大的特點是在數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡協(xié)議層之間多了MUX層。在SENS中，網(wǎng)絡接口的驅(qū)動程序即END網(wǎng)絡驅(qū)動程序處于數(shù)據(jù)鏈路層。IP層和TCP/ UDP層合稱為網(wǎng)絡協(xié)議層。在數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡協(xié)議層之間有應用程序接口（API），這個接口在SENS中稱為MUX（Multiplexer）接口。MUX層直接與END 驅(qū)動程序相交互，其應用程序提供了獨立于網(wǎng)絡協(xié)議的驅(qū)動程序接口，可以與多個獨立的END驅(qū)動程序同時交互。接口層MUX 起到了隔離網(wǎng)絡協(xié)議和網(wǎng)絡驅(qū)動程序的作用，并管理協(xié)議層和數(shù)據(jù)鏈路層之間的通信，使數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過程變得簡單，而不需要通過掛接鉤子函數(shù)來解決［5］。