基于龍芯宇航級芯片的BSP開發(fā)和移植*

徐 帥，林寶軍，劉迎春，趙 帥

(1.中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院，北京 100094;2.中國科學院大學，北京 100094;3.中國科學院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院，上海201203;4.上?？萍即髮W信息科學與技術學院，上海 201203)

1 引言

2018年，北斗三號導航衛(wèi)星系統(tǒng)完成19顆衛(wèi)星發(fā)射、組網(wǎng)基本系統(tǒng)的建成，可以向全球提供服務[1]。至2020年底，北斗導航系統(tǒng)將全面建成，30顆衛(wèi)星在軌組網(wǎng)運行，向全球提供定時、測速、授時的導航功能。北斗三號衛(wèi)星配備了Ka頻段星間鏈路，1顆衛(wèi)星可與多顆衛(wèi)星建鏈[2]，未來可能還會搭載通信速率更快的激光星間鏈路，使得星間通信速率從幾百Kb/s提升至1 Gb/s。隨著星間鏈路的廣泛應用，大量的遙控、遙測、導航和測量等數(shù)據(jù)由星間鏈路傳輸至每一顆衛(wèi)星的星載計算機內(nèi)進行處理，衛(wèi)星網(wǎng)絡也需要傳輸和處理網(wǎng)絡管理信息，這些都對星上計算機系統(tǒng)的性能提出了更高要求。文獻[3]中提出了基于星間鏈路的集中式自主導航算法，配合星間鏈路的高速率數(shù)據(jù)傳輸，在同等周期下，星載計算機需要處理和存儲更多的數(shù)據(jù)，配備更快的通信接口。這些都對現(xiàn)有CPU的頻率、存儲、數(shù)據(jù)接口提出了挑戰(zhàn)，軟件方面也需要設計復雜算法，搭建高速數(shù)據(jù)存儲交互的基礎環(huán)境。

2018年中國科協(xié)年會中楊長風總設計師提出了北斗導航系統(tǒng)未來瞄準PNT(Positioning Navigation Timing)體系[4]，實現(xiàn)更高精度的導航，信息更多元化，空天地一體化?？梢灶A見，北斗衛(wèi)星的星載計算機處理能力仍將不斷提升。

國產(chǎn)星載計算機的發(fā)展比國外起步晚，最早多采用運行能力只有幾MIPS的處理器，目前中國科學院研制的北斗衛(wèi)星在軌星載計算機，采用一種基于核心部件全部自主可控的高運算性能和高數(shù)據(jù)傳輸性能的方案，即以龍芯中科公司生產(chǎn)的龍芯1E高性能宇航級處理器芯片為主構建硬件環(huán)境，采用32位龍芯2號處理器，2 MB Flash和128 MB SDRAM存儲架構，以1553B總線為通信接口。

星載操作系統(tǒng)經(jīng)過了由簡單順序執(zhí)行的無系統(tǒng)模式到功能強大的實時操作系統(tǒng)VxWorks的發(fā)展過程，其優(yōu)越的實時性和可裁剪內(nèi)核等優(yōu)勢使其在星載操作系統(tǒng)中成為標桿。目前，星載操作系統(tǒng)多運行在較低頻率和小存儲空間的星載計算機中[5]，在設備驅(qū)動方面，外設驅(qū)動采用由應用程序直接調(diào)用的管理方式，需要設計更多面向高頻高速多接口的星載計算機操作系統(tǒng)管理方案。

為適應類似新需求，星載計算機將采用升級的新型龍芯1E高性能處理器芯片，通信峰值速率提升100倍，處理峰值速度提升2倍[6]。在軟件方面，對星上軟件和操作系統(tǒng)VxWorks 6.8進行移植，同時為配合衛(wèi)星網(wǎng)絡通信需求，并保證其可靠性、獨立性，將外設驅(qū)動修改為由內(nèi)核管理，為多線程多任務運行創(chuàng)建軟件基礎。

本文將對VxWorks 6.8進行板級支持包BSP(Board Support Package)開發(fā)[7]、移植操作系統(tǒng)到新型1E芯片，在設備驅(qū)動開發(fā)中采用新型VxBus型架構[8]，并配置操作系統(tǒng)組件。

2 BSP移植背景和需求

新型龍芯1E芯片具有頻率更高、處理速度更快等優(yōu)點，處理器核采用64位雙發(fā)射龍芯2號GS232，峰值頻率由以前的100 MHz提升到200 MHz，定點峰值性能從200 MIPS提升到400 MIPS，較上一代芯片處理速度有成倍的提升；SDRAM空間提升至256 MB；通信接口方面除傳統(tǒng)的1553B外，還配備了SpaceWire高速通信接口，峰值速度從1 Mb/s提升到200 Mb/s。SpaceWire和DMA相結(jié)合，可實現(xiàn)遠程訪問內(nèi)存的功能。

軟件需采用一個較好的解決方案實現(xiàn)相應的移植開發(fā)：

(1)軟件開發(fā)環(huán)境、編譯方法。

星上軟件目前開發(fā)環(huán)境為代碼閱讀器+命令行編譯。該方式有以下缺點：對復雜工程管理不足，對應用程序開發(fā)和調(diào)試不友好，對VxWorks內(nèi)核和驅(qū)動等組件添加、刪除不方便等。并且未來星載計算機發(fā)展到多核CPU后，該編譯方式不能支持VxWorks對稱多處理器SMP(Symmetrical Multi-Processing)編譯。對于VxWorks 6.8的編譯，風河公司推出WorkBench編譯器作為開發(fā)工具，該編譯器界面友好，方便對BSP[8]、內(nèi)核、驅(qū)動、應用程序?qū)崿F(xiàn)相互獨立開發(fā)，適合管理復雜的星載軟件工程。在系統(tǒng)組件方面可以實現(xiàn)一鍵添加和刪除，大大提升了開發(fā)效率。

(2)驅(qū)動程序管理方式。

星載計算機驅(qū)動程序管理方式分為3類：應用程序直接管理、通過內(nèi)核調(diào)用驅(qū)動、通過系統(tǒng)擴展模塊調(diào)用驅(qū)動程序(例如網(wǎng)絡)。文獻[9]中指出由應用程序直接管理代碼效率高，實時性較高，但面向多核多線程運算時這種驅(qū)動模式可能會造成緩存數(shù)據(jù)沖突，產(chǎn)生死鎖等問題。本文采用風河公司推出的VxBus型驅(qū)動架構管理驅(qū)動程序，該架構對設備管理結(jié)構更清晰，開發(fā)更簡便，可在WorkBench編譯器中配置，在層次上VxBus型驅(qū)動和內(nèi)核、應用程序獨立，為其他層次提供統(tǒng)一接口，具有更好的可靠性、可移植性等優(yōu)點，為應用層開發(fā)提供便利。

(3)對新型1E芯片硬件環(huán)境適配。

本文硬件平臺選用新型芯片，在操作系統(tǒng)移植過程中，對硬件環(huán)境做相應的適配：配合更大數(shù)據(jù)存儲和計算需求，內(nèi)存管理增加VxWorks 任務棧、中斷?？臻g等VxWorks系統(tǒng)管理空間，并采用VxBus型驅(qū)動管理中斷驅(qū)動，在系統(tǒng)啟動時對相應組件和中斷向量表進行配置。為支持自主導航算法中大量浮點等復雜計算和C++編譯環(huán)境，在VxWorks啟動階段配置協(xié)處理器開啟浮點計算，在操作系統(tǒng)初始化階段添加C++組件。

3 BSP介紹及移植思路

3.1 BSP介紹

板級支持包BSP，顧名思義，它是應用于操作系統(tǒng)和硬件資源之間的相關軟件集合。其主要功能是配置硬件，為操作系統(tǒng)屏蔽硬件，使得上層軟件開發(fā)不需配置底層，并且在此基礎上，BSP要完成操作系統(tǒng)的引導和啟動，外設驅(qū)動和內(nèi)核初始化等任務，使得操作系統(tǒng)可以運行在不同的硬件環(huán)境中。從層次上分，BSP也屬于操作系統(tǒng)的一部分，如圖1所示。

Figure 1 VxWorks operating system structure圖1 VxWorks操作系統(tǒng)結(jié)構圖

3.2 VxWorks啟動流程

考慮到本文開發(fā)的BSP應用在星載系統(tǒng)中，在保證安全有效存儲操作系統(tǒng)鏡像前提下，對開發(fā)做出以下前提聲明：

如圖2所示，BootLoad存放在NandFlash中，通過BootLoad下載并引導操作系統(tǒng)，引導過程中，將操作系統(tǒng)拷貝到RAM_LOW_ADRS的位置運行。引導結(jié)束后，將執(zhí)行權交給VxWorks操作系統(tǒng)，開始進行系統(tǒng)初始化[10]。

Figure 2 Storage structure of VxWorks圖2 VxWorks存儲結(jié)構

圖3所示為從函數(shù)級描述操作系統(tǒng)啟動過程，BootLoad將程序指針跳轉(zhuǎn)到RAM_LOW_ADRS后執(zhí)行sysInit(),對CPU進行基礎初始化，進而在usrInit()中通過接口sysHwInit()和KernelInit()對硬件設備和操作系統(tǒng)內(nèi)核進行初始化，之后運行usrRoot()完成內(nèi)核組件創(chuàng)建并跳到應用層，執(zhí)行應用程序[11]。

Figure 3 VxWorks startup process圖3 VxWorks啟動流程

3.3 移植思路

本文采用風河公司推出的VxWorks 6.8操作系統(tǒng)，編譯環(huán)境采用適用于復雜項目管理、具有良好調(diào)試功能的WorkBench 3.2，滿足星載系統(tǒng)軟件開發(fā)需求。在系統(tǒng)啟動階段，啟動新型龍芯1E芯片的協(xié)處理器1，以增強浮點運算能力，并添加C++、VxBus等系統(tǒng)組件，為復雜算法搭建軟件基礎。采用VxBus型驅(qū)動架構管理串口等外部設備。在中斷管理方面，利用VxBus型架構分層管理中斷驅(qū)動。將內(nèi)存分配為VxWorks管理和靜態(tài)管理2部分，并增加VxWorks管理區(qū)域，充分利用新型1E龍芯芯片的存儲空間。

4 BSP移植實踐及關鍵技術

4.1 VxWorks BSP相關組件編寫方案

在VxWorks BSP開發(fā)中，從文件角度需要編寫以下組件：

(1)Config.h。

Config.h是缺省配置文件，在操作系統(tǒng)啟動和初始化過程中，將會根據(jù)Config.h的參數(shù)來對操作系統(tǒng)進行配置。開發(fā)人員在該文件中對BSP基本配置選項進行設置，例如系統(tǒng)時鐘頻率、內(nèi)存起始地址、Cache模式等，通過#define、#undef的宏命令來對BSP的組件進行添加和裁剪。必須的組件配置需要寫入該文件中，其他的可選組件可以在WorkBench開發(fā)中進行添加。

在Config.h中更改RAM_LOW_ADRS鏡像起始地址，通過設置LOCAL_MEM_SIZE規(guī)定VxWorks操作系統(tǒng)管理內(nèi)存區(qū)域大小，并添加對VxBus型驅(qū)動架構的支持，添加編寫的驅(qū)動模塊，例如串口、中斷、時鐘。配置操作系統(tǒng)對浮點操作和C、C++的支持。

(2)Makefile。

Makefile是BSP的編譯文件，在該文件中指定編譯VxWorks鏡像時所要使用的編譯器和函數(shù)庫。另外需要指定根啟動設備ROM大小和地址、增加的目標模塊、編譯應用層軟件所需要的源碼文件。

(3)sysAlib.s。

在sysAlib.s中改寫sysInit()，該程序為VxWorks啟動的入口程序，其主要功能是初始化協(xié)處理器，建立環(huán)境啟動usrInit()。下面以偽代碼形式介紹本文方案：

sysInit(){

使能協(xié)處理器0,1；

清空中斷；

清空協(xié)處理器0的CAUSE、WIRED寄存器；

啟動向量入口地址控制，置協(xié)處理器0 ERL為1；

清空TLB，建立堆棧；

建立全局偏移量表指針；

初始化處理器時鐘計數(shù)器、計時器中斷控制器；

將usrInit()入棧并執(zhí)行；

}

(4)sysLib.c。

該文件主要提供目標板硬件資源的初始化接口。通過編寫sysHwInit()、sysHwInit2()函數(shù)，實現(xiàn)對目標板的硬件初始化。操作系統(tǒng)對VxBus驅(qū)動的支持也是在這2個函數(shù)中完成。在sysHwInit()對VxBus架構進行第1次初始化，調(diào)用hardWareInterFaceInit()接口，初始化硬件設備表的數(shù)據(jù)結(jié)構，對VxBus型設備掛接的虛擬總線PLB進行初始化，注冊VxBus型設備。在sysHwInit2()中，調(diào)用vxbDevInit()進行設備第2次初始化，包括設置設備的寄存器和內(nèi)存緩存區(qū)等，并向應用層提供接口。最后在vxbDevConnect()中完成中斷掛接，至此硬件設備驅(qū)動初始化完成。

(5)hwconf.c。

VxWorks在該文件中定義hcfDeviceList[]列表來描述VxBus驅(qū)動架構的所有硬件設備。hcfDeviceList[]列表是由一個個設備結(jié)構體構成的，所有與硬件相關的設置都在設備結(jié)構體中完成，進而在注冊設備驅(qū)動時被寫入驅(qū)動程序中。在設備結(jié)構體中需要定義設備寄存器基地址、中斷號、設備引腳號等。本文中ns16550串口、MIPS中斷、R4K時鐘在hwconf.c中注冊。

4.2 中斷管理方案

本文中硬件環(huán)境是MIPS架構的龍芯1E芯片，對于中斷采用VxBus驅(qū)動的方式管理。在硬件結(jié)構上，MIPS的芯片采取分層次管理。第1層為MIPS中斷控制，共有8個類型，第2層為龍芯1E中斷控制，共有32個中斷[12]，本文中涉及時鐘中斷和串口中斷。在編寫軟件時，本文采用分層次的方式管理中斷。

第1層MIPS中斷控制，可利用自帶的VxBus型中斷控制驅(qū)動。在hwconf.c中添加所需要控制的中斷設備引腳說明，將引腳2設置為龍芯1E中斷，將引腳7設置為時鐘中斷。第2層的中斷為板級中斷，將引腳11、12設置為串口0、1中斷并更新向量表。然后在hwconf.c中添加龍芯1E的中斷：

Const Struct intrCtlrInputsmipsLSIntCtlrInputs[]{

{11,”ns16550”,0,0},

{12,”ns16550”,1,0}

}

const struct hcfResourcemipsLSResources[]={

{“regBase”,HCF_RES_INT,(void *)TRUE},

{“input”,HCF_RES_ADDR,((void *)mipsLSIntCtlrInputs[0])},

{“inputTableSize”,HCF_RES_INT,{(void *)

NELEMENTS(mipsLSIntCtlrInputs)}}

}

#definecpuNumNELEMENTS(mipsLSResources)

在設備列表中添加中斷設備：

{“mipsLSIntCtlr”,0,VXB_BUSID_PLB,0,cpu0Num,mipsLSResources}

4.3 內(nèi)存管理方案

從硬件角度看，在32位MIPS存儲器架構中，對程序空間地址映射分為4大區(qū)域：kuseg,kseg0～kseg2。本文將地址空間的kseg0和kseg1直接映射到物理地址空間的最低0.5 GB。考慮到星載軟件對實時性和安全性的要求，將內(nèi)存分為靜態(tài)管理和動態(tài)管理2部分。本文將操作系統(tǒng)映射到kseg0區(qū)域，將200 MB分配給操作系統(tǒng)作為動態(tài)內(nèi)存使用，即：0x80000000～0x8C800000用于系統(tǒng)運行、局部變量存儲等。剩下的地址空間作為靜態(tài)內(nèi)存使用，重啟不刷新，用于存儲遙測數(shù)據(jù)等。

圖4為用于動態(tài)存儲的內(nèi)存空間分配圖。在本文中，低端內(nèi)存區(qū)域存放中斷向量表、bootline、exception message等信息。RAM_LOW_ADRS=0x801000000，VxWorks區(qū)域存放操作系統(tǒng)映像的代碼段、數(shù)據(jù)段和BSS(Block Started Symbol)段。WDB(Wind deBug)內(nèi)存池在前期開發(fā)時使用，主要用于動態(tài)下載目標模塊、傳遞參數(shù)等。VxWorks可用內(nèi)存區(qū)域主要用于動態(tài)內(nèi)存分配(malloc等)、任務和中斷堆棧等。

Figure 4 Dynamic memory allocation圖4 動態(tài)內(nèi)存分配圖

靜態(tài)存儲起始地址為0x8C800000，至SDRAM結(jié)束。在操作系統(tǒng)運行時，可由應用程序直接向這段區(qū)域?qū)懭霐?shù)據(jù)，省去了系統(tǒng)調(diào)度等過程，提供了很好的實時性和可靠性。具體的分配策略可根據(jù)應用層程序的需要進行分配，以達到最好的內(nèi)存利用狀態(tài)。

4.4 時鐘管理方案

時鐘管理關系著操作系統(tǒng)任務調(diào)度、超時處理、時鐘計時、時鐘中斷等。本文中新型龍芯芯片通過配置PLL分倍頻參數(shù)將系統(tǒng)時鐘設置為180 MHz，其高頻PLL結(jié)構圖如圖5所示，輸入的時鐘Fin經(jīng)過輸入分頻后得到Fref時鐘，該時鐘送到倍頻器，得到Fvco，然后在輸出前除以1個分頻系數(shù)，得到 PLL 輸出時鐘Fout。轉(zhuǎn)換方式如式(1)和式(5)所示：

Fout=Fin/ref*ldf/odf

(1)

Figure 5 Clock PLL structure圖5 高頻PLL結(jié)構圖

在操作系統(tǒng)中采用VxWorks所提供的MIPS R4K的VxBus型驅(qū)動管理時鐘。在Config.h中包含#define DRV_TIMER_MISR4K驅(qū)動組件并將系統(tǒng)時鐘設置為180 MHz。在hwconf.h中設置時鐘參數(shù)：最小時鐘、最大時鐘、CPU頻率等。關鍵代碼如下所示：

Const Struct hcfResourcer4KTimerDevResources[]{

{“regBase”,HCF_RES_INT,(void *)0},

{“minClkRate”,HCF_RES_INT,(void *)SYS_CLK_RATE_MIN},

{“maxClkRate”,HCF_RES_INT,(void *)SYS_CLK_RATE_MIN},

{“cpuClkRate”,HCF_RES_INT,(void *)180000000},

};

#definer4TimerDevNumNELEMENTS(r4KTimerDevResources)

在設備列表中添加時鐘設備：

{“r4KTimerDev”,0,VXB_BUSID_PLB,0,r4TimerDevNum,r4KTimerDevResources}

5 VxBus型串口驅(qū)動編寫

VxWorks系統(tǒng)提供了VxBus型驅(qū)動來管理I/O設備，本文以常用的ns16550串口為基礎，編寫驅(qū)動軟件。

5.1 串口數(shù)據(jù)結(jié)構定義

編寫VXBNS165550.h文件，定義串口寄存器地址、中斷類型等變量并構建結(jié)構體NS16550VXB_CHAN，把串口抽象成1個組件，以方便對設備的操作設置和管理。

在hwconf.c中，對串口設備進行基礎的初始化定義，并把串口設備添加到VxBus設備表中，定義串口寄存器基地址、波特率、時鐘頻率、寄存器間隔空間,關鍵代碼如下所示：

Struct hcfResourceNS16550Dev0Resources[]={

{“regBase”,HCF_RES_INT,0xbf004080},

{“baudRate”,HCF_RES_INT,152100},

{“clkFreq”,HCF_RES_INT,(void *)BAUD_CLK_FREQ},

{“regInterval”,HCF_RES_INT,(void *)UART_DELTA},

};

#defineNS16550Dev0NumNELEMENTS(NS16550Dev0Resources)

Const StructhcfDevice_hcfDeviceList[]={

{“NS16550”,0,VXB_BUSID_PLB,0,NS16550Dev0Num,NS16550Dev0Resources}}

5.2 串口驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)

創(chuàng)建VXBNS16550.c驅(qū)動源碼文件，實現(xiàn)串口設備的初始化、中斷以及各種操作，如圖6所示。

Figure 6 Method of serial port driver圖6 串口驅(qū)動方法圖

串口NSvxbRegister()、NSvxbInstInit()2個函數(shù)在內(nèi)核初始化過程中完成。NSvxbRegister()創(chuàng)建串口設備，并將串口設備掛接到虛擬總線PLB。

NSvxbInstInit()初始化NS16550VXB_CHAN數(shù)據(jù)結(jié)構，將串口的波特率、通道號、時鐘頻率、串口基地址、寄存器間隔空間參數(shù)從hwconf.h中加載到驅(qū)動中，并聲明以下2個方法：

LOCALdevice_method_tNS16550VXB_methods[] =

{

DEVMETHOD(sioChanGet,NS16550SioChanGet);

DEVMETHOD(sioChanConnect,NS16550SioChan-Connect)};

NS16550SioChanGet()方法為上層提供通過通道號找到串口設備的接口,NS16550SioChanConnect()用于串口中斷的掛接和使能。

NSvxbDevInit()實現(xiàn)2部分初始化，第1部分配置UART通道，包括LCR線路控制寄存器，配置端口8字節(jié)，1個停止位無校驗，波特率115 200，設置Modem控制寄存器為回環(huán)模式中連到RI輸入。第2部分聲明串口操作方法,包括NSvxbIoctl()、NSvxbTxstartup()、NSvxbCallbackInstall()。

NSvxbIoctl()為串口控制函數(shù)，包括設定串口波特率、停止位奇偶校驗、打開串口、Modem控制寄存器。NSvxbTxstartup()使能發(fā)送的中斷。NSvxbCallbackInstall()完成中斷后接受和發(fā)送的函數(shù)連接安裝。

在sysHwInit2中調(diào)用vxbDevConnect()連接和使能串口中斷，將串口中斷處理程序NSvxInt()掛接到中斷向量中。在本文中串口工作模式為中斷觸發(fā)，在中斷處理程序中使用NSIntWr()和NSIntRd()對串口循環(huán)緩存區(qū)進行讀寫操作。至此，串口初始化完成，設備以相應的結(jié)構體掛接到VxBus設備樹中，并開啟中斷。

5.3 掛接中間層TTY

如圖7所示，操作系統(tǒng)通過中間層TTY管理串口設備：虛擬設備TTY作為I/O設備向I/O系統(tǒng)注冊。在usrRoot()中將TTY設備加入IO系統(tǒng)：

ttyDevCreate(tyName,sysSerialChanGet(channelNo),512,512);

consoleFd=open(tyName,O_RDWR,0);

Figure 7 I/O device management圖7 I/O設備管理

在ttyDevCreate函數(shù)中，iosDrvinstall()和iosDevAdd()將串口以TTY設備添加進系統(tǒng)驅(qū)動表和系統(tǒng)設備表中。用open()申請consoleFd為設備文件描述符。至此，串口設備被掛接到I/O系統(tǒng)中，驅(qū)動開發(fā)完成。

6 測試方法與結(jié)果

6.1 測試環(huán)境和方案

本文采用新型龍芯1E系列開發(fā)板作為驗證和測試的目標機，采用研華工控機作為宿主機。龍芯1E串口0和工控機相連，將串口信息發(fā)送到工控機中。操作程序鏡像通過串口1從工控機下載到開發(fā)板中。

測試分為3部分:第1部分，通過系統(tǒng)運行，在VxWorks shell中輸入VxBusShow檢驗VxBus驅(qū)動啟動是否成功。第2部分，在應用層編寫串口收發(fā)測試程序，通過串口收發(fā)數(shù)據(jù)各1 500次驗證VxBus型串口驅(qū)動在實際應用中的可靠性。第3部分，分別在新型龍芯1E芯片和在軌星載計算機上創(chuàng)建相同應用程序，檢驗在復雜運算過程中，BSP的表現(xiàn)情況和BSP性能對比。

6.2 實驗過程

Figure 8 Diagram of drive device hook up圖8 驅(qū)動設備掛接圖

Figure 9 Operation diagram of serial port receiving data圖9 串口接收數(shù)據(jù)運行圖

(1)在WorkBench開發(fā)環(huán)境中創(chuàng)建1個VxWorks Image型工程，選擇編輯本文實現(xiàn)的BSP。編譯鏡像生成可執(zhí)行文件VxWorks。通過串口將鏡像下載到開發(fā)板中運行。在shell中輸入VxBusShow顯示當前系統(tǒng)的驅(qū)動和設備，可看到當前VxBus串口驅(qū)動、中斷驅(qū)動、時鐘驅(qū)動成功注冊。如圖8所示。

(2)創(chuàng)建VxWorks Image型工程，在usrAppInit()中創(chuàng)建任務:①通過串口接收數(shù)據(jù)1 500次，并將數(shù)據(jù)進行比對，輸出接收總次數(shù)、接收數(shù)據(jù)成功次數(shù)、接收數(shù)據(jù)錯誤次數(shù)。②通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)到宿主機1 500次，宿主機接收后在SSCOM串口中輸出。圖9為串口接收數(shù)據(jù)運行結(jié)果圖。

由圖9結(jié)果得出，分別接收和發(fā)送1 500次數(shù)據(jù)，均未出現(xiàn)誤碼等情況，實踐證明VxBus型驅(qū)動具有很好的可靠性。

(3)創(chuàng)建VxWorks Image型工程，在usrAppInit()中創(chuàng)建1個任務:

voidusrAppInit(void){

logMsg(“----usrAppInit,---- ”,0,0,0,0,0,0);

taskSpawn(“test”,100,0x01000000,2000000,(FUNCTPTR)main,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0);

}

Figure 10 Results of the program running on the on-board computer圖10 在軌星載計算機中程序運行結(jié)果圖

Figure 11 Results of the program running on the new Godson 1E圖11 新型龍芯1E中程序運行結(jié)果圖

并將任務分別運行在移植成功的新型龍芯1E芯片和在軌星載計算機中，將2款計算機設置為相同CPU頻率，通過運行時間對比驗證其性能提升。該任務為武漢大學編寫的導航衛(wèi)星自主定軌的模擬程序，用C++語言編寫，并用到大量的浮點運算，包括協(xié)方差計算，讀取存儲12*12的矩陣，算法復雜度高，可以很好地檢測BSP的運行狀態(tài)和進行性能對比。如圖10所示為模擬程序在目前在軌星載衛(wèi)星系統(tǒng)中運行截圖，如圖11所示為模擬程序在新型龍芯1E中運行截圖。

由運行結(jié)果可知操作系統(tǒng)已啟動且運行狀態(tài)良好。運行1次模擬程序在軌星載計算機系統(tǒng)的時間為38 s，在新型1E芯片中的時間為21 s。以運行時間為衡量標準，移植后程序運行速度提升了81%，性能提升明顯，可以滿足執(zhí)行復雜應用的需求。

7 結(jié)束語

本文在新型龍芯1E開發(fā)平臺上，針對硬件升級所提出的需求，完整開發(fā)了VxWorks操作系統(tǒng)的BSP包，包括內(nèi)存分配、中斷管理、時鐘管理、串口VxBus型驅(qū)動設計，并基于工程實踐的星載計算機，設計了可靠合理的測試方案，測試結(jié)果說明操作系統(tǒng)移植成功，計算性能得到了提升，具備承擔未來多樣化星載軟件任務的可行性，同時為未來SpaceWire高速通信接口應用開發(fā)奠定了技術基礎。