VxWorks系統的映像及其裝載過程解析

    VxWorks是一款優秀的嵌入式實時多任務操作系統，以良好的持續發展能力、高性能的內核以及友好的用戶開發環境，在嵌入式實時操作系統領域佔據了重要的一席之地，受到越來越多的用戶的青睞。但是作為初學者而言，VxWorks提供了眾多的程序映像類型，在開發過程中十分容易讓人感到困惑，而且相關的參考資料對這個問題的描述也不集中，因此，本文擬對VxWorks的幾種映像作詳細的分析。

1 系統映像
    VxWorks的映像主要包括兩大類，一類是BootRom類型，一類是VxWorks類型。
(1)BootRom類型
    BootRom類型映像是一個最小化、專用的VxWorks引導映像，實現最少的系統初始化，主要用於啟動裝載VxWorks映像，其功能類似於PC機的BIOS。BootRom運行時也建立起多任務環境，包括usrRoot任務、網路任務、TFFS任務和FTP任務等。引導映像在運行時，可能在ROM/Flash中執行(例如ROM駐留型引導映像)，也可能在RAM 中執行。在系統中其對應的編譯規則文件是rules.bsp。
    BootRom類型分為三種：BootRom_res、BootRom_uncmp和BootRom。第一種是一直運行在rom 中的映象，只把data段拷貝到ram 裡面；第二種是非壓縮方式的映象，data段和text段都要拷貝到ram裡面，並在ram裡面運行；第三種是壓縮方式的映象，生成的時候編譯器會把除掉romlnit.s和bootInit.c之外的目標文件壓縮並“彙編”成一個bootrom.Z.s，最後和romInit.o，bootInit.o，version.o進行鏈接，生成bootrom映像。所以它也是要全部拷貝到ram 中，並必須要進行解壓縮的工作。而這些工作基本上都是在bootInit.c中進行的。
(2)VxWorks類型
    VxWorks類型映像是系統的主映像，也即是系統最終要運行的映像。該映像在運行時至少有一部分(如：數據段和BSS段)需要在RAM中運行。在系統中其對應的編譯規則文件是rules.vxWorks。
    VxWorks類型映像分為四種：VxWorks、VxWorks_rom、VxWorks_romResident和VxWorks_romCompress。如表1。

(3)BootRom 類型映像和VxWorks類型映像的聯繫與區別
    對於沒有自啟動功能的VxWorks類型映像(例如：VxWorks型)，在映像運行前就需要一段程序將該映像拷貝到RAM 中運行，而BootRom類型映像在此時就扮演了這種“搬運工”的角色，當VxWorks系統下載完畢，BootRom的任務也就完成了。二者在系統初始化的時候，所做的功能基本相同，但是區別在於BootRom 類型映像調用bootConfig.c，而VxWorks類型映像調用usrConfig.c。

2 映像裝載過程
(1)VxWorks_romCompress和VxWorks_rom(如圖1)
 

1. 將不包含VxWorks二進位映像的引導程序data段複製到RAM 中的RAM_HIGH_ADRS。
2. 冷啟動后，將從LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS+RESER-VED的內存地址到RAM_HIGH_ADRS-STACK_SAVE的內存地址清零。將從引導程序bss段末端到LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS+LOCAL_MEM_SIZE-USER_RESERVED_MEM的內存也清零。
3. 拷貝VxWorks時，VxWorks_rom 類型映像直接拷貝到以RAM_LOW_ADRS為開始的RAM 中，而VxWorks_rom-Compress類型的映像將壓縮的VxWorks解壓到以RAM_LOW_ADRS為開始的RAM 中。
4. 跳到位於RAM_LOW_ADRS地址的解壓的VxWorks的入口點，引導代碼和堆棧空間將被覆蓋。

(2)VxWorks_romResident(如圖2)
 

1. 該映像包含引導代碼，在重啟時清空RAM，引導代碼只將data段拷貝到RAM 中的RAM_LOW_ADRS處。而系統的運行是在ROM 中進行的。
2. 相對其他映像，這種映像啟動速度快，需要的RAM 空間少，但是運行速度慢。

(3)VxWorks

1. 該映像本身不包含引導程序，需要一個獨立的引導程序從本地存儲器或者經由網路獲取該映像，然後將其下載到RAM中的RAM_LOW_LADRS處運行。這個獨立的引導程序就是上文提到的BootRom 類型映像，它可以分為BootRom_res、BootRom_uncmp和BootRom三種。在開發過程中，獨立的引導程序需要使用傳統的BSP機制來配置和構建。
2. 圖3所示是壓縮型的引導程序映像BootRom的標準啟動流程，而BootRom_uncmp是非壓縮型的引導程序映像，BootRom_res是常駐ROM 型的引導程序映像。
    
3. 對BootRom型的引導映像來說，啟動過程稍微複雜點。它包括壓縮部分跟非壓縮部分，這個無壓縮的部分就是romInit.s+BootInit.c，稱為Bootstrap。一上電時，Bootstrap就在Flash/ROM中執行，入口點就是romInit.s的第一條語句。Bootstrap首先把自己拷貝到RAM_LOW_ADRS (因為此時還沒有載入VxWorks主映像，所以先借用一下)，然後解壓縮自身到RAM_HIGH_ADRS。然後跳到RAM_HIGH_ADRS運行引導程序。引導代碼執行后，把VxWorks映像裝入到起始地址為RAM_LOW_ ADRS的RAM 中(覆蓋掉了先前拷貝的bootstrap程序)，然後跳轉到VxWorks映像裝入點運行。
4. 對BootRom_uncmp來說，過程與BootRom 相似，只不過一開始就把自身拷貝到RAM_HIGH_ADRS地址上運行，省去了解壓縮的過程。
5. 對BootRom_res類型映像來說，僅僅將它的數據段拷貝到RAM_HIGH_ADRS位置。然後在Flash/ROM中運行引導程序。其餘過程同上。
6. 採用獨立引導程序的VxWorks系統，不但可以通過本地存儲器(如硬碟)獲取VxWorks主映像，還可以通過網路獲取。圖4所示就是這個過程。被下載的VxWorks主映像位於RAM中的RAM_LOW_ADRS處，映像的頂端叫FREE_RAM_ADRS。下載完VxWorks后，引導程序跳到下載映像的sysInit()入口點處(位於RAM_LOW_ADRS)。從這以後，引導程序就完成了它的工作。
    

3 結束語
    總之，VxWorks系統包括多種不同的映像，各自之間的差別造成裝載過程的不同，正確的理解這些差異，靈活地使用這些映像，將給開發者帶來事半功倍的效果。