基于BM3803MG与VxWorks的BSP的设计实现

作者：时间：2016-02-22来源：网络收藏

　　BM3803MG是由北京微电子技术研究所研制的、具有自主知识产权的SPARC V8构架的国产高可靠嵌入式控制器，能够稳定运行VxWorks实时操作系统，其性能高、功耗低，可应用于航空、航天等高可靠领域的32 bit抗辐射RISC芯片。本文用该款控制器以及工业级以太网芯片KSZ8851-16mll为某型号研制了系统主控板，该板采用实时操作系统 VxWorks编程，并对主控板的板级支持包(BSP)进行设计，从而实现了基于以太网的高可靠和实时的数据处理。本文主要介绍主控板以太网芯片 KSZ8851-16mll的VxWorks驱动设计。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201602/287214.htm

　　1 硬件系统构成

　　如图1所示，硬件系统由BM30803MG、FPGA、SDRAM和以太网控制器构成硬件系统。

　　BM3803MG 是基于SPARC V8体系结构的32 bit处理器，可用于板上嵌入式实时计算机系统。BM3803MG芯片内部包含有：整数处理单元、浮点处理单元、独立的指令和数据Cache、硬件乘法器和除法器、中断控制器、带有跟踪缓冲器的硬件调试单元、2个24 bit定时器、通用I/O接口、看门狗;能够支持PROM、SRAM、SDRAM和I/O映射空间访问的存储器控制器;具有软件可以控制的省电工作模式;具有可实现 PCI 主机桥(Host bridge)和从属桥(Guest bridge)功能的PCI 控制器;符合PCI2.3规范的33 MHz PCI接口;完全的三模冗余设计、 EDAC和奇偶校验。

　　主要性能指标[1]：

　　(1)用Dhrystone 2.1作为测试程序、CPU主频为100 MHz时，处理能力为86 MIPS;用Whetstone作为测试程序、CPU主频为100 MHz时，浮点处理能力为23 MFLOPS。

　　(2)抗辐性能：总剂量抗辐能力为100 Krad(Si)，优于1 E-5错误/器件/day的SEU事件，优于70 MeV cm2/mg的抗闩锁能力。BM3803MG总体结构框图如图2所示。

　　2 VxWorks BSP设计

　　VxWorks 是美国风河公司(现已被Intel收购)推出的一款高性能、可裁减的嵌入式实时操作系统，它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中[2]。由于操作系统厂商不能对所有设备的处理器驱动提供支持，故需要针对不同的硬件平台进行相关驱动的开发。

　　2.1 BSP

　　板级支持包BSP(Board Support Package)是介于底层硬件和上层软件之间的底层软件开发包，它将系统中与硬件直接相关的一层软件独立出来。本设计中BSP的主要功能是屏蔽硬件、提供操作系统的驱动及硬件驱动。具体功能包括[3]：(1)目标板硬件初始化。主要是CPU的初始化，为整个系统提供底层硬件支持;(2)为操作系统提供设备驱动程序和系统中断服务程序;(3)定制操作系统的功能。为软件系统提供一个实时多任务的运行环境;(4)初始化操作系统。为操作系统的正常运行做好准备。

　　在网卡驱动开发之前，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义。

　　2.2 KSZ8851-16mll以太网控制器

　　KSZ8851-16mll 是美国Micrel公司研制的单端口嵌入式控制芯片，它包括一个快速以太网的 MAC控制器、一个8/16 bit的普通主机处理器接口以及在 RXQ(12 KB)和 TXQ(6 KB)之间进行共享的18 KB内部缓冲存储器，并提供了Wake-on-LAN技术，可有效地解决快速以太网的应用[4];支持大端(Big-Endian)和小端 (Little-Endian)的处理器、多帧数据传输和接收、IPv4/ IPv6 checksum和32 bit CRC的生成与校验。此外，KSZ8851-16mll还提供了强大的功率管理功能。

　　2.3 驱动程序的实现

　　2.3.1 SENS协议栈

　　VxWorks 支持可裁减的增强型网络堆栈SENS(Scalable Enhanced Networks Stack)，提供了可替换的网络设备驱动程序。SENS 的基本层次结构与传统的TCP/IP网络协议栈相似,但SENS最大的特点是在数据链路层和网络协议层之间多了MUX层。在SENS中,网络接口的驱动程序即END网络驱动程序处于数据链路层。IP层和TCP/ UDP层合称为网络协议层。在数据链路层和网络协议层之间有应用程序接口(API)，这个接口在SENS中称为MUX(Multiplexer)接口。 MUX层直接与END 驱动程序相交互，其应用程序提供了独立于网络协议的驱动程序接口，可以与多个独立的END驱动程序同时交互。接口层MUX 起到了隔离网络协议和网络驱动程序的作用，并管理协议层和数据链路层之间的通信，使数据的发送和接收过程变得简单，而不需要通过挂接钩子函数来解决 [5]。

　　2.3.2 编程架构

　　KSZ8851-16mll BIU主机接口是间接存取数据的总线接口。共享数据总线SD[15:0]由CMD控制信号来决定是地址线还是数据线。由于KSZ8851-16mll 是单端口芯片，外界与芯片只能通过单端口进行交互。下面简单介绍KSZ8851-16mll 的寄存器的读写以及数据的接收与发送过程。

　　(1)寄存器读写操作

　　访问KSZ8851-16mll寄存器需要两个步骤：①置CMD为高，写寄存器的偏移地址和字节使能号(BEn)到共享数据总线上;②置CMD为低，读或者写数据到共享数据总线上。

　　本文网卡芯片采用大端模式，并且芯片的CMD管脚与主机的地址线A2相连，可以得到KSZ8851-16mll 读写寄存器的两个重要操作程序：

　　读寄存器：

　　*((volatile unsigned short*)(KS8851_IO_BASE+CMD_HIGH))=(unsigned short)(addr | ((BE1 | BE0) <<

　　((addr+2) & 0x02)));

　　*data= *((volatile unsigned short *)(KS8851_IO_BASE +

　　CMD_LOW ));

　　写寄存器：

　　*((volatile unsigned short * )(KS8851_IO_BASE +

　　CMD_HIGH )) =(UINT16)( addr | ((BE1 | BE0) <<

　　((addr+2) & 0x02)));