BSP и встраивание

QNX - ОС жесткого реального времени

QNX – ОС жесткого реального времени

QNX – микроядерная ОС
Масштабируемость!

QNX и встраивание
Гибко масштабируется
Сохраняет ключевые свойства даже в минимальных конфигурациях
QNX – многоплатформенная ОС
QNX – ОС жесткого реального времени
Встраиваемость!

Требования к промышленному оборудованию
Особые требования к габаритам и энергопотреблению
Особые требования к вибро-, термо-, и удароустойчивости
Особые требования к конструктивному исполнению

Особенности промышленного оборудования
Базируются на различных процессорных платформах (PowerPC, ARM, x86 и т.д.)
Обладают ограниченными ресурсами
Обычно оснащены flash-носителями данных (DiskOnChip, Compact Flash, Onboard flash chip)

Пакеты поддержки плат (BSP)
BSP
Модуль первоначального загрузчика IPL
Startup модуль
Модуль поддержки файловой системы на флеш-носителе
PCI сервер
Пакет поддержки плат – продукт, содержащий все необходимые компоненты для установки и работы QNX на определенной процессорной плате

Структура BSP
Заголовочные файлы и скомпилированные библиотеки
Исходные тексты библиотек
Исходные тексты модулей для различных архитектур и плат
(рабочий каталог BSP)

Рабочий каталог BSP

IPL
Минимальная инициализация оборудования;
Загрузка образа ОС из носителя данных в ОЗУ;
Определение адреса ОЗУ, по которому размещается загруженный образ ОС;
Копирование startup-модуля в OЗУ;
Передача управления startup-модулю;
IPL размещается на векторе сброса процессора, при передаче ему управления производит следующие действия:

Структура IPL
Большая часть кода IPL – это вызовы библиотечных функций IPL library

Рабочий каталог BSP

Startup-модуль
“Доинициализация” оборудования;
Сбор информации о системе и заполнение специальной структуры данных, так называемой system page;
Инициализация callout-ов микроядра;
Загрузка следующей программы из образа и передача ей управления;
Startup-модуль – это самая первая программа в загружаемом образе Neutrino. Она получает управление от IPL и выполняет следующие действия:

Структура Startup-модуля
Как и в IPL большая часть кода – вызовы библиотечных функций startup-library для опроса конфигурации оборудования, инициализации system page, загрузки в ОЗУ следующего процесса из образа ОС, переключения процессора в защищенный режим

Рабочий каталог BSP

Драйвер встроенной файловой системы
Как менеджер ресурсов драйвер должен обрабатывать все стандартные сообщения
Содержит основную логику flash filesystem. Доступ к оборудованию осуществляется при помощи нижележащих компонентов. Находится в библиотеке libfs-flash.a
Инициализация и адресация flash устройств
Функции записи и стирания для конкретного flash устройства (MTD)
Определение размера flash массива

Структура драйвера файловой системы
Для ряда flash чипов данный код реализован в MTD
(libmtd-flash.a) библиотеке из состава BSP
Данный код реализуется исходя из особенностей доступа и адресации flash устройства

Библиотека MTD
В библиотеке libmtd-flash.a реализованы функции MTD уровня для некоторых flash чипов различных производителей:
AMD
Intel
Sharp
Fujitsu
Псевдоустройства (например, оперативная память)
В общей сложности более 120 устройств

QNX Momentics 6.2.1 PE
Пакеты поддержки плат
В состав комплекта разработчика QNX Momentics 6.2.1 PE входит более 17 BSP для более чем 25 процессорных плат;
Список доступных BSP постоянно расширяется;

Fastwel CPU686E - Стартовый комплект
Стартовый комплект = готовый набор инструментов для разработки ПО
Бесплатно!
Бесплатно!

BSP и встраивание
Практические приемы
Трофимов Александр
SWD Software Ltd.

Пример №1 – IBM PPC 405GP Walnut
IBM PPC 405GP
Walnut
В состав QNX Momentics 6.2.1 входит BSP для IBM PPC 405GP Walnut

Пример №1 – IBM PPC 405GP Walnut
IPL модуль с исходными кодами;
Startup модуль с исходными кодами;
PCI сервер с исходными кодами;
Сценарии загрузочных образов системы;
Исчерпывающая документация;
BSP для IBM PPC 405GP (Walnut) входит в состав QNX Momentics 6.2.1 и состоит из следующих компонентов:

Пример №1 – IBM PPC 405GP Walnut
Загрузка по протоколу bootp;
Загрузка при помощи IPL;
Установив QNX вместе с BSP для Walnut на инструментальной машине, можно выбирать различные варианты дальнейшей работы с целевой системой:
Из компонентов BSP собирается загрузочный образ целевой системы.
На инструментальной системе настраиваются bootp и tftp сервер для передачи образа целевой системе.
Загрузка по протоколу bootp;
Загрузка при помощи IPL;

Пример №1 – IBM PPC 405GP Walnut
Целевая система
Инструментальная система
Соединение
Ethernet
Нуль-модемное соединение COM портов
Через последовательное соединение конфигурируется ROM Monitor целевой системы;
Передается образ по сети;

Пример №1 – IBM PPC 405GP Walnut

Пример №1 – IBM PPC 405GP Walnut

Пример №1 – IBM PPC 405GP Walnut

Пример №1 – IBM PPC 405GP Walnut

Пример №1 – IBM PPC 405GP Walnut

Пример №1 – IBM PPC 405GP Walnut
Загрузка по протоколу bootp;
Загрузка при помощи IPL;
Установив QNX вместе с BSP для Walnut на инструментальной машине, можно выбирать различные варианты дальнейшей работы с целевой системой:
Загрузка по протоколу bootp;
Загрузка при помощи IPL;

Пример №1 – IBM PPC 405GP Walnut
В массив прошивается только код IPL, сконфигурированный таким образом, чтобы загружать образ по последовательному соединению по протоколу sendnto;
В массив прошивается как IPL, так и загрузочный образ системы. Размер массива накладывает ограничение на размер загружаемого образа в 504K;
Walnut оснащен 29f040 совместимым flash массивом емкостью 512K. Изначально в нем прошит код ROM Monitor’а. При помощи СППЗУ программатора в массив можно прошить код для загрузки QNX несколькими способами:

Пример №1 – IBM PPC 405GP Walnut
Интегрированная среда разработки – QNX IDE позволяет строить загрузочные образы и передавать их на целевую систему

Пример №2 – Fastwel CPU686E
Fastwel CPU686E

Пример №2 – Fastwel CPU686E
Специалистами SWD Software Ltd. был разработан пакет поддержки Fastwel CPU686E для QNX Neutrino;
SE пользователям пакет предоставляется в виде исполняемых модулей, пользователям PE пакет предоставляется вместе с исходными текстами;

Пример №2 – Fastwel CPU686E
Fastwel CPU686E построена на платформе x86;
Fastwel CPU686E оснащена BIOS;
Fastwel CPU686E оснащена 8 Мб NAND Flash массивом;
При разработке пакета поддержки Fastwel CPU686E для QNX Neutrino были проанализированы следующие характеристики целевой системы:

Пример №2 – Fastwel CPU686E
За основу пакета можно взять наиболее «близкий» к Fastwel BSP для платы Elan SC400;
В качестве PCI сервера можно использовать стандартный pci-bios;
Startup модуль из BSP для Elan SC400 полностью подходит для Fastwel CPU686E;
Доступ к NAND Flash массиву осуществляется через порты ввода-вывода, а не через окно памяти;
MTD функции для NAND Flash массива не реализованы в MTD библиотеке BSP;
Результаты анализа

Пример №2 – Fastwel CPU686E
Что нужно сделать
Добавить в MTD библиотеку функции MTD для работы с NAND Flash;
Поскольку доступ к Flash осуществляется через порты ввода-вывода, необходимо переписать функции flash services;
В IPL реализовать способ считывания образа QNX Neutrino в оперативную память с Flash массива;

Пример №3 – Некая гипотетическая плата
В общем случае программную и аппаратную часть системы создают разные группы разработчиков;
При выборе аппаратной части необходимо обратить особое внимание на программно-аппаратную совместимость;

Пример №3 – Некая гипотетическая плата
Выбор платформы
Алгоритм выбора платы
Выбирается готовая
или разрабатывается
готовая
разрабатывается
При выборе составляющих
особое внимание обратить
на их
программно-аппаратную
совместимость
Внимательно ознакомиться
с составляющими
компонентами платы по
вопросам поддержки их
в QNX

Пример №3 – Некая гипотетическая плата
Мастер-класс Игоря Мазанова, посвященный вопросам «программно-аппаратной совместимости в ОС QNX», состоится 20 сентября 2003 в 13:30 в зале «CARAMEL»

Пример №3 – Некая гипотетическая плата
Когда плата уже выбрана
Проверить наличие готового BSP для данной платы;
Если нет, сравнить выбранную плату с теми, для которых существует готовый BSP, и найти среди них наиболее «близкую»;
Взять BSP для «близкой» платы за основу проекта;
Проанализировать различия между данной и «близкой» платой;
Доработка модулей «близкого» BSP, требующих модификации;

Пример №3 – Некая гипотетическая плата
Анализ различий
Алгоритм загрузки;
Совместимость PCI контроллера;
Наличие onboard flash накопителя;
Поддержка данного flash накопителя библиотекой MTD;
Метод доступа к onboard flash;
Оборудование, которое необходимо инициализировать на различных этапах загрузки;