基于VxWorks的嵌入式实时PLC设计

4、BSP 的改造

　　BSP 即Board Support Package，通常指针对具体的硬件平台，用户所编写的启动代码和部分设备驱动程序的集合。BSP 是一个VxWorks 内核运行的基础。4.1 BSP 与VxWorks 的层次关系在 VxWorks 中，将BSP 简单描述成介于底层硬件环境和VxWorks 之间的一个软件接口。它的主要功能是系统加电后初始化目标硬件，初始化OS，及提供部分硬件的驱动程序如时钟、中断、串口驱动等。其与内核、驱动程序及应用程序之间的关系如图4：

　　如图可见 BSP 为上层软件与底层硬件之间进行交互的桥梁，为上层提供统一接口。BSP中包括的驱动程序与具体的硬件相关，在移植到不同的硬件系统的时候，要修改相关的驱动。

　　4.2 VxWorks BSP 的特点

　　在众多的商用嵌入式实时操作系统中，VxWorks 是使用极为广泛的一种操作系统，它实时性强，占用空间小，提供丰富的网络协议，有众多的调试手段。

　　VxWorks 的BSP 可以按功能分为两大部分。

　　1）目标系统的系统引导部分：主要是目标系统启动时的硬件初始化，在目标系统上电后开始执行，主要是配置处理器的工作状态，初始化系统的内存等，这部分的程序一般只在系统引导时执行，为操作系统运行提供硬件环境。

　　2）目标系统的设备驱动程序：主要是驱动目标系统配置的各种设备，包括字符型设备、块存储设备、网络设备等，这些设备驱动程序完成对硬件的配置，操作系统通过设备驱动程序来访问硬件，从而完成读取数据和外界的交互等。

　　在实际应用中，为了获得更好的稳定性和执行效率，许多设备驱动程序会直接和应用程序捆绑在一起，而不是由操作系统来管理。

　　4.3 BSP 的设计与修改

　　WRS 提供了大量预制的，支持许多商业主版或评估板的BSP，减少了开发时间。

　　宏观来看，BSP 包括两部分：

　　初始化部分：CPU 初始化；目标板初始化；操作系统的初始化。

　　驱动程序部分：一般要包括时钟、中断、串口驱动。

　　具体来看，BSP 包括源文件、头文件、派生文件。主要需要修改VxWorks 源码中的以下目录中：

　　/target/config/all

　　几个重要文件的功用如下：

　　1)bootConfig.c：引导ROM 映像的主要初始化和控制文件。

　　2)bootInit.c：引导ROM 映像的第二阶段的初始化代码。实现romStart 函数--romInit.s中的romInit()函数执行完后跳转到romStart()，执行解压缩，代码/数据段从rom 拷到ram。

　　3)usrConfig.c：VxWorks 映像的主要初始化代码。

　　/target/config/comps/vxworks：实时内核基本模块描述（cdf）文件。

　　/target/config/comps/src：实时内核模块配置文件。供usrconfig.c 使用。

　　/target/config/bspname 该目录下的文件就是要编写的BSP 文件。

　　由于 BSP 系统开发的硬件相关性和处理器系列的多样性，不可能有一种通用的程序或方法来解决每一种处理器的BSP 问题，所以必须具体问题具体分析，不断实践，才能使程序运行达到比较高的效率。

5、其它

　　另外，VxWorks 的多任务任务调度策略的实施也是实现嵌入式PLC 的一个关键点，确保高优先级任务在确定的时间内能被执行，并对外部的异步事件作出及时响应。多任务环境允许一个实时应用作为一系列独立任务来运行，各任务有各自的线程和系统资源。VxWorks系统提供了多处理器间和任务间高效的信号灯、消息队列、管道、网络透明的套接字。并具有实时系统的另一关键特性是硬件中断处理。为了获得快速可靠的中断响应，VxWorks 系统的中断服务程序（ISR）有自己的上下文。鉴于篇幅关系，在本文不做详细讨论。

6、总结与展望

　　嵌入式系统已经成为历史发展的必然，其极佳的可扩展性，对多种硬件的支持，同时能够提高PLC 的运行速度和可靠性，并且支持多任务的控制策略，对PLC 的性能有了很大的提高。通过现场运行调试，对现场I/O 设备进行监控，达到了预期的实时性要求，实现了通过现场总线或TCP/IP 通信协议与硬件层(I/O)高速的响应目标。新型的基于VxWorks 的嵌入式实时PLC 具有很高的性能价格比，具有市场竞争优势，有助于我国PLC 企业发展本国市场，发展自主产业的PLC。