基于VmWare的VxWorks BSP定制及调试环境构建方法

简介:

1     概述

 
如图 1 ,嵌入式系统的调试方法一般为通过 PC (宿主机)上的集成开发环境交叉编译针对特定电路板(目标机)的程序,然后将程序通过目标板的 JTAG 、串口或网口等途径下载到目标板上运行。因此,为了构造一个嵌入式系统的学习环境,拥有一块包含 CPU 、存储器及 I/O 电路的目标电路板往往是必要的。虽然许多集成开发环境附带模拟软件,但仅限于指令集的模拟,均无法模拟物理的目标机硬件平台,因而在其上只能进行应用程序的象征性模拟开发。但是,并非所有人都能拥有一块物理的电路板。在这种情况下,我们如何构造一个模拟的开发环境,其学习效果就如同拥有完全真实的电路板一样呢?本文试图解答此问题,主体内容包括四个方面:
Ø  利用 VMware 等软件模拟真实的目标机;
Ø  构建 VMware 虚拟 PC VxWorks BSP ,建立 Bootrom OS 映像;
Ø  修改 Tornado 相关设置,连接宿主机与目标机,建立调试通道;
Ø  写一个简单的应用程序并下载到目标系统运行。
 
        图嵌入式系统的调试
 
本文工作的最终目标为:
1 VxWorks VMware 启动成功并顺利运行,如图 2
 
             VMware中运行的VxWorks
2 )可在 Tornado 上针对目标板编译程序并进行调试,如图 3
 
            与目标机建立调试通道的Tornado

2     模拟目标机

PC也具有目标机的所有特点,实际上,我们可以把PC作为嵌入式系统的目标机,从而构造如图4所示的开发模型:
 
            图4 PC作为目标机
很遗憾,这种方法实际上非常麻烦,同时开动两台 PC 进行调试将使你和你的室友饱受折磨。因此,我们可以借助 VMware 来在本机上虚拟出另一 PC
VMware 的确是天才的作品!在同一 PC 上,利用 VMware 几乎可以安装所有的操作系统,而且操作系统之间的切换不需要重新启动电脑。 VM 的意义是 Virtual Machine ,即虚拟出一个逻辑的电脑,它可以提供基于 Intel CPU 的虚拟 PC 系统环境,包括 CPU 、内存、 BIOS 、硬盘和其他外围硬件设备。
下面我们讲解用 VMware 来建立一台虚拟 PC 的步骤:
1 )下载并安装 VMware
2 )使用 VMware 向导建立一个针对 VxWorks 的虚拟机;
此步骤中注意在操作系统中选择“ other ”,如图 5
 
            图选择Other操作系统
由于目标机最终通过软盘启动,因此要求你的电脑具有软驱。很遗憾,当年日常使用的软盘如今成了古董,很少再有电脑配备软驱。因此,我们再来制造一个假冒伪劣产品,虚拟一个软驱。又一个天才的工具软件 RamDiskNT 为我们提供了这一便利,图 6 演示了用 RamDiskNT 虚拟一个 1.44M 软盘的方法。
 
            图虚拟软驱和软盘
仅仅虚拟一个软驱是不够的,把这个软驱添加到我们建立的虚拟机中才算修成正果,图7演示了添加软驱后的虚拟机硬件设置。
 
             包含软驱的虚拟机

3          构造BSP

3.1      下载和编译网卡驱动

VMware 为运行于其上的操作系统提供虚拟网卡支持,该网卡类型即为 AMD PC-NET 。实际上,在 Tornado 开发包中已经包含了该类型网卡的驱动程序,但经过测试,对于 VMware 无法正常工作,所以需要从 AMD 的网站下载最新的驱动程序。
下载得到的是一个可执行的安装程序,运行该程序将得到一个压缩包和一个帮助文件,按照该帮助的要求,将压缩包直接释放到 Tornado 目录下。如果提示是否允许覆盖文件,则选择允许。
此后按如下步骤完成驱动程序的编译和替换:
1 )打开一个控制台窗口,运行批处理程序:
C:\tornado2.2\host\x86-win32\bin\torVars.bat;
该批处理文件用于设置环境变量,其内容为:
rem Command line build environments
set WIND_HOST_TYPE=x86-win32
set WIND_BASE=C:\Tornado2.2
set PATH=%WIND_BASE%\host\%WIND_HOST_TYPE%\bin;%PATH%
        如果没有设置成功,可以手工设置这些环境变量。
2 )定位到 C:\tornado2.2\target\src\drv\end 目录,运行:
make CPU=PENTIUM tool=gnu ln97xend.o
3 )定位到 C:\tornado2.2\target\lib\pentium\PENTIUM\common 目录,并将上一步生成的文件 ln97xend.o 复制到此目录下。备份此目录下的文件 libdrv.a
4 )运行命令 arpentium -d libdrv.a ln97xEnd.o ,删除 libdrv.a 中原有的 ln97xEnd 模块;
5 )运行命令 arpentium -ra iOlicomEnd.o libdrv.a ln97xEnd.o 将我们刚刚创建的新 ln97xEnd 模块添加进去。

3.2      修改配置文件

我们要修改编译 VxWorks 的配置头文件 Config.h 中定义的一些参数,使编译出来的系统引导程序和 VxWorks 的映象符合我们的要求;同时还要修改 sysLn97xEnd.c 这个文件,以使系统的网络功能正常运行。
1 )定位目录到 C:\tornado2.2\target\config\pcPentium 并打开该目录下 Config.h 文件;
2 )查找到定义 DEFAULT_BOOT_LINE 宏的地方,修改预处理条件 CPU == PENTIUM 分支下的定义如下:
#define DEFAULT_BOOT_LINE \
"lnPci(0,0)your_host_name:d:\\vxWorks h=193.168.80.169 e=193.168.80.254 u=target pw=vxworks tn=target"
其中:
lnPci(0,0) 指定了使用第 0 个网卡和第 0 个处理器, lnPci 这个标识会因为使用的驱动程序不同而有所不同,但这里用 lnPci 就可以了;
host 指定你的主机的名字,使用 host 就可以;
d:\\vxWorks 指定了 VxWorks 映象下载的完整路径 ( 后面会有说明 )
h=193.168.80.169 是宿主机的 IP 地址,可以根据实际情况修改;
e=193.168.80.254 是目标机的 IP 地址,可以根据实际情况修改;
u=target 指定了 FTP 服务器的用户名,这个 FTP 就是用来下载 VxWorks 映象的,后面还会提到;
pw=target 是用户名对应的口令;
tn=target 指定目标机的名字,任意指定即可。
3 )指定网卡驱动程序
首先查找“ Network driver options ”这段文字,之后你可以看到在该注释后面定义了一系列的有关网卡驱动的宏定义。注意保证 INCLUDE_END INCLUDE_LN_97X_END 这两个宏处于定义状态( define ),其他的宏都处于未定义状态( undef ),即:
/* Network driver options */
#define INCLUDE_END             /* Enhanced Network Driver Support */
 
#undef  INCLUDE_DEC21X40_END    /* (END) DEC 21x4x PCI interface */
#undef  INCLUDE_EL_3C90X_END    /* (END) 3Com Fast EtherLink XL PCI */
#undef  INCLUDE_ELT_3C509_END   /* (END) 3Com EtherLink III interface */
#undef  INCLUDE_ENE_END         /* (END) Eagle/Novell NE2000 interface */
#undef    INCLUDE_FEI_END         /* (END) Intel 8255[7/8/9] PCI interface */
#undef    INCLUDE_GEI8254X_END    /* (END) Intel 82543/82544 PCI interface */
#define INCLUDE_LN_97X_END      /* (END) AMD 79C97x PCI interface */
#undef  INCLUDE_ULTRA_END       /* (END) SMC Elite16 Ultra interface */
 
#undef  INCLUDE_BSD             /* BSD / Netif Driver Support (Deprecated) */
 
#undef  INCLUDE_EEX             /* (BSD) Intel EtherExpress interface */
#undef  INCLUDE_EEX32           /* (BSD) Intel EtherExpress flash 32 */
#undef  INCLUDE_ELC             /* (BSD) SMC Elite16 interface */
#undef  INCLUDE_ESMC            /* (BSD) SMC 91c9x Ethernet interface */
4 )包含 PC_CONSOLE
缺省情况下, VxWorks 系统是不接受外部输入设备(如键盘)的输入,也不向外部输出设备(如显示器)输出数据。为了便于调试,我们必须改变它的这种缺省状态。我们查找定位宏 INCLUDE_PC_CONSOLE ,然后保证其处于定义状态( define )即可,即:
#define INCLUDE_PC_CONSOLE                /* PC keyboard and VGA console */
 
#ifdef INCLUDE_PC_CONSOLE
#   define PC_CONSOLE           (0)      /* console number */
#   define N_VIRTUAL_CONSOLES   (2)      /* shell / application */
#endif /* INCLUDE_PC_CONSOLE */
5 )修改 sysLn97xEnd.c
打开 C:\tornado2.2\target\config\pcPentium 目录下的 sysLn97xEnd.c 文件,先定位到“ memory-mapped IO base ”这段文字,然后将其前面的参数由 pciRsrc[endUnit].bar[1] 修改为 NONE ,保存即可,即:
 sprintf (paramStr, paramTemplate,
       endUnit,                     /* END unit number */
       NONE,     /* memory-mapped IO base */
       pciRsrc[endUnit].bar[0],     /* IO address space base */
       PCI2DRAM_BASE_ADRS,          /* host PCI mem. base */
       pciRsrc[endUnit].irqvec,     /* IRQ vector */
       pciRsrc[endUnit].irq,        /* IRQ number */
       LN97X_CSR3_VALUE,            /* csr3 register value */
       LN97X_OFFS_VALUE,            /* offset */
       LN97X_RSVD_FLAGS,            /* flags (reserved) */
       &ln97xStrDesc[typeIdx]       /* device description */
       );

3.3  编译BootromVxWorks映像

编译Bootrom

打开 Tornado 开发工具,在 Build 菜单下选择 Build Boot ROM ,选择 BSP pcPentium image 类型为 bootrom ,工具为 gnu ,如图 8 。点击 OK Bootrom 就会编译。
 
                图编译bootrom
编译VxWorks映像

编译生成 bootrom 后,还要创建一个 VxWorks 映象( image ),也就是 VxWorks 操作系统本身的代码,步骤为:
1 )创建一个“ bootable VxWorks image ”的工程, BSP  选择 pcPentium
 
建立基于 pcPentium BSP VxWorks 映像

2 )选择需要的 VxWorks 组件
如图 10 ,在这个例子中我们需要包括两个重要的组件: Telnet server   Target shell 。前者使我们可以通过 Telnet 协议登录到 VxWorks 操作系统中;后者则可以让我们通过命令行控制 VxWorks 系统。另外,需要把所有 C++ 相关的选项都包含进去。
10  包括 Telnet server Target shell 组件
完成选择后,即可开始编译程序。到此我们已经生成了 VxWorks 的系统引导程序和运行时的代码映象。这里还要提醒读者,在你每次修改完系统的配置信息(如: config.h )后,都要重新创建一个工程来编译 VxWorks 映象,以免出现代码不一致的问题。将生成的名为“ vxworks ”的文件 ( 在你创建的工程的目录下 ) 复制到 D:\VxWorks 目录下。这个路径是由上面我们所设置的 DEFAULT_BOOT_LINE 宏中的路径参数决定的,必须保持二者一致。

3.4    创建引导软盘

现在开始制作 VxWorks 系统引导磁盘,用于引导装载 VxWorks 运行映象。定位目录到 C:\tornado2.2\target\config\pcPentium ,插入您已经格式化好的软盘,然后运行:
mkboot a: bootrom
该命令将在软盘上建立 VxWorks 系统引导分区,并将引导程序复制到软盘上。

 

4     建立调试环境

4.1   配置FTP服务器

这里的 FTP 服务器用于在系统成功引导后,下载 VxWorks 的运行时映象。我们这里使用 Tornado 开发环境自带的 FTP 服务器。
如图 11 ,打开 Tornado FTP Server ,选择“ Security ”菜单下的“ Users/Rights ”子菜单,创建 User Name 为“ target ”,修改“ Home Directory ”为 D:\VxWorks 目录(此路径由上面的 DEFAULT_BOOT_LINE 参数决定),同时修改口令为“ target ”,最后点击“ Done ”按钮完成修改。
 
11  配置 FTP 服务器
为了便于调试,我们还要打开 FTP Server 的日志功能。选择“ Logging ”菜单下的“ Logging Options ”子菜单,其中除了“ Winsock Calls ”外,让其他选项全都处于开启状态。
保持 FTP Server 窗口处于打开状态(这样 FTP 服务器就处于运行状态)。
虚拟机从软盘启动,接下来会下载服务器 D:\vxworks 映像,服务器的 FTP 会有相关的 log ,如图 12
 
                         图 12 FTP 服务器

4.2    配置target server

如图 13 ,打开您的 Tornado 开发环境,选择“ Tools->Target Server->Configure ”菜单,在“ Description ”中任意填写一个名字,这里是“ net00 ”;在“ Available Back ”中选择“ wdbrpc ”,并在下面的 IP 地址框中填写目标机的 IP 地址,这里是“ 192.168.80.254 ”(由 DEFAULT_BOOT_LINE 参数决定);将“ Target Server Properties ”下拉框更改至“ Core File and Symbols ”,并在“ File Path ”一项中选择您的映象的完整路径,这里是“ D:\VxWorks ”(由 DEFAULT_BOOT_LINE 参数决定)。
 
                         图13 配置Target Server
 
完成以上两项配置,如果目标机已经启动,点击“ Launch ”按钮,就可以启动 Target Server 了。
再回到 Tornado 开发环境,在工具条上的 Target Server 下拉框列表中选择“ 192.168.80.169@host ”。这时您会发现工具条中一些原先处于“禁用”状态的工具按钮,现在都已经处于“激活”状态了。
试一试,我们打开 TShell ,并运行“ i ”命令,效果如图 14
 
                         图14 TShell中运行命令

5    编写和调试应用程序

现在,编写应用程序的所有条件已经完全具备了。我们来编写一个简单的应用。
如图 15 ,建立一个名为“ test ”的可下载的应用程序模块:
 
15 建立可下载的应用程序模块
如图 16 ,注意工具链的选择,应该为 PENTIUMgnu
 
                      16  选择 PENTIUMgnu 工具链
这个时候工程中还一个文件都没有,我们编写一个简单的程序:
#include <stdio.h>
void test(void)
{
       int i = 0;
       while(1)
       {
              printf("%d\t",i);
              i++;
              if(i==10000)
              {
                     break;
              }
       }
}
编译生成了 test.out ,下载到目标板,在 TShell 中运行 test 函数,效果如图 17
 
17  运行自己编写的程序
下面我们以 Run Task 模式运行上述的 test() 函数,并设置在入口点即断点,如图 18
 
                       图 18  运行 test 任务

此后,我们可以像使用任何其它的集成开发环境一样在我们编写的应用程序中进行所有如下的调试行为:
Ø          设置断点
Ø          单步运行
Ø          察看变量
Ø          察看内存
Ø          察看寄存器
接下来, enjoy yourself in VxWorks!

附录:软件及驱动下载地址

网卡驱动:



 本文转自 21cnbao 51CTO博客,原文链接:http://blog.51cto.com/21cnbao/120035,如需转载请自行联系原作者



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