為什么使用Nitrogen8M單板計(jì)算機(jī)

Boundary Devices公司推出的Nitrogen8M單板計(jì)算機(jī)是一個(gè)非常出色的開發(fā)板，我們已經(jīng)在許多Linux驅(qū)動(dòng)程序項(xiàng)目中使用它作為開發(fā)平臺(tái)，它具有一個(gè)四核的NXP i.MX8M處理器，2 GB RAM，以太網(wǎng)，USB 3等。

我有一個(gè)同事最近正在參與一個(gè)VxWorks 7項(xiàng)目，項(xiàng)目是關(guān)于i.MX8M的客制化設(shè)計(jì)，這讓我在想，在Nitrogen8M上運(yùn)行VxWorks會(huì)有多容易呢？

NXP i.MX8M上跑VxWorks 7

自90年代初以來，我們一直在編寫VxWorks板級(jí)支持包（BSP）和驅(qū)動(dòng)程序，所以我知道我們是有可能讓VxWorks 7跑在NXP i.MX8M上的。VxWorks 7的創(chuàng)新之一是為各種片上系統(tǒng)（SoC）設(shè)備引入了平臺(tái)（處理器）支持層，從而使向新板子的移植工作變得更加容易。通過將板子具體的硬件配置從BSP中移出并移進(jìn)設(shè)備樹中，可以幫助簡化移植工作。

由于大多數(shù)外圍設(shè)備都集成到處理器中，因此除了配置一個(gè)設(shè)備樹以運(yùn)行基本內(nèi)核外，幾乎沒有其他事情可做了。當(dāng)然，最魔幻的在于細(xì)節(jié)部分。絕大多數(shù)的定制化板子都是為特定市場上的某一個(gè)工作而設(shè)計(jì)的，因此使內(nèi)核運(yùn)行通常只是任何項(xiàng)目的開始而已。

VxWorks 7支持NXP i.MX8M SoC以及許多NXP的評(píng)估板，這是我的起點(diǎn)。我為Nitrogen8M單板創(chuàng)建了一個(gè)簡單的設(shè)備樹，并在現(xiàn)有的i.MX8M板級(jí)文件中添加了一些基本的板子具體的定義。然后，我編譯了一個(gè)內(nèi)核映像，生成了一個(gè)帶有集成設(shè)備樹的U-Boot兼容的ELF文件。

加載內(nèi)核

現(xiàn)在，使用U-Boot tftpboot命令將VxWorks映像加載到板子上：

= > tftp 43000000 uVxWorks 
Using FEC device 
TFTP from server 192.168.10.20; our IP address is 192.168.10.10 
Filename 'uVxWorks'. 
Load address: 0x43000000 

Loading: #################################################################
         #################################################################
         #################################################################
         #################################################################
         ########################################
         7 MiB/s
done 
Bytes transferred = 4395496 (4311e8 hex)

下面使用bootm命令來運(yùn)行它，由于設(shè)備樹已集成到VxWorks內(nèi)核映像中，因此我只需要指定加載地址：

= > bootm 43000000
## Booting kernel from Legacy Image at 43000000 ...
   Image Name: vxworks
   Image Type: AArch64 VxWorks Kernel Image (uncompressed)
   Data Size: 4395432 Bytes = 4.2 MiB
   Load Address: 40100000
   Entry Point: 40100000
   Verifying Checksum ... OK
   Loading Kernel Image ... OK
## Starting vxWorks at 0x40100000, device tree at 0x00000000 ...
Target Name: vxTarget
 _________            _________ 
 \\77777777\\          /77777777/ 
  \\77777777\\        /77777777/ 
   \\77777777\\      /77777777/ 
    \\77777777\\    /77777777/ 
     \\77777777\\   \\7777777/ 
      \\77777777\\   \\77777/              VxWorks 7 SMP 64-bit 
       \\77777777\\   \\777/ 
        \\77777777\\   \\7/     Core Kernel version: 3.1.1.0 
         \\77777777\\   -      Build date: Apr 29 2020 10:55:31 
          \\77777777\\ 
           \\7777777/         Copyright Wind River Systems, Inc. 
            \\77777/   -                 1984-2020 
             \\777/   /7\\ 
              \\7/   /777\\ 
               -   ------- 

                   Board: Boundary Devices Nitrogen8M SBC - ARMv8 
               CPU Count: 4 
          OS Memory Size: 2048MB 
        ED&R Policy Mode: Deployed
 Adding 9129 symbols for standalone.

- >

以上都很簡單，只花了幾個(gè)小時(shí)。但是，我們現(xiàn)在有的只是內(nèi)核和以太網(wǎng)的支持，這只是一個(gè)開始，還不足以支持復(fù)雜的應(yīng)用程序。

增加USB 3的支持

增加USB 3支持會(huì)如何呢？USB主機(jī)控制器已集成到處理器中，原則上也應(yīng)該很容易，只需將正確的驅(qū)動(dòng)程序添加到內(nèi)核配置并更新設(shè)備樹即可。

我插入了一個(gè)U盤，期望能檢測到它并列出其中的內(nèi)容，結(jié)果什么動(dòng)靜也沒有！我檢查了驅(qū)動(dòng)程序和內(nèi)核配置，看起來都沒問題，那出問題的地方可能是哪兒呢？

我把USB的調(diào)試信息打開，并重新編譯了VxWorks內(nèi)核，重新啟動(dòng)運(yùn)行帶有調(diào)試功能的內(nèi)核，當(dāng)我插入U(xiǎn)盤的時(shí)候，USB主機(jī)控制器沒有識(shí)別到任何的設(shè)備插入事件，這是確定無疑的了。

看來是時(shí)候要更仔細(xì)研究一下硬件了！

Nitrogen8M上的USB 3主機(jī)控制器

Nitrogen8M有兩個(gè)USB 3主機(jī)控制器，一個(gè)連接到了USB 3的Mini Type B的連接器，用于OTG連接。另一個(gè)連接到板載USB 3 hub（Renesas uPD720210），其提供了三個(gè)板載的USB端口。

幸運(yùn)的是，Boundary Devices公司提供了板子的原理圖，這很有趣：

Nitrogen 8M on-board USB3 hub

Hub有一個(gè)復(fù)位引腳，器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)說這是一個(gè)低電平有效的復(fù)位信號(hào)，我的猜測是Hub被一直置于復(fù)位狀態(tài)，因此我需要將該信號(hào)驅(qū)動(dòng)為高電平才能使其退出復(fù)位狀態(tài)。

復(fù)位信號(hào)是從哪兒來的呢？再看一下板子的原理圖：

GPIO pin driving USB hub reset

一點(diǎn)也不奇怪，該復(fù)位信號(hào)確實(shí)來自處理器的一個(gè)GPIO引腳。幸運(yùn)的是，VxWorks 7對(duì)i.MX8M平臺(tái)的支持包含了一個(gè)GPIO的驅(qū)動(dòng)程序，我將此驅(qū)動(dòng)程序添加到了內(nèi)核的配置中，然后，我在Nitrogen8M設(shè)備樹中添加了一個(gè)引腳配置，以在啟動(dòng)過程中將GPIO1的引腳14設(shè)置為高電平。

完整的設(shè)備樹如下所示：

/* nitrogen8m.dts - Boundary Devices Nitrogen8M SBC device tree source */
/*
modification history
--------------------
29apr20,jge created
*/
/dts-v1/;
#include "prjParams.h"
#include "imx8mq.dtsi"
#include "imx8mq-clocks.dtsi"
#include "imx8mq-iomux.dtsi"
/ {
 model = "Boundary Devices Nitrogen8M SBC - ARMv8";
 aliases
 {
 ethernet0 = &enet0;
 serial0 = &uart1;
 };
 memory
 {
 device_type = "memory";
 reg = < 0x0 0x40000000 0x0 0x80000000 >;
 };
 /*
 * U-Boot only fixes up bootargs if  environment variable is set
 * when VxWorks kernel is configured in independent DTB mode.
 */
 chosen
 {
 bootargs = "enet(0,0)host:vxWorks h=192.168.10.20 e=192.168.10.10:ffffff00
g=192.168.10.1 u=target pw=vxTarget";
 stdout-path = "serial0";
 };
 };
&enet0
 {
 phy0: ethernet-phy@0
 {
 compatible = "atheros,ar8035";
 reg = < 0 >;
 };
 };
&iomux
 {
 iomux_usb2: iomux_usb2
 {
 pin-set = <
 0x060 0x2C8 0x000 0x0 0x0 0x16
 >;
 };
};
&gpio1
 {
 status = "okay";
 pinmux-0 = < &iomux_usb2 >;
 usb_hub_resetb
 {
 gpio-hog;
 gpios = < 14 >;
 output-high;
 };
 };

重新編譯內(nèi)核并再次引導(dǎo)后，我們可以看到以下信息：

## Starting vxWorks at 0x40100000, device tree at 0x00000000 ...
Target Name: vxTarget
_________            _________
\\77777777\\          /77777777/
 \\77777777\\        /77777777/
  \\77777777\\      /77777777/
   \\77777777\\    /77777777/
    \\77777777\\   \\7777777/
     \\77777777\\   \\77777/              VxWorks 7 SMP 64-bit
      \\77777777\\   \\777/
       \\77777777\\   \\7/     Core Kernel version: 3.1.1.0
        \\77777777\\   -      Build date: May 1 2020 13:59:07
         \\77777777\\
          \\7777777/         Copyright Wind River Systems, Inc.
           \\77777/   -                 1984-2020
            \\777/   /7\\
             \\7/   /777\\
              -   -------

                  Board: Boundary Devices Nitrogen8M SBC - ARMv8
              CPU Count: 4
         OS Memory Size: 1984MB
       ED&R Policy Mode: Deployed

 Adding 10204 symbols for standalone.

- >

板子啟動(dòng)后，我看到USB存儲(chǔ)設(shè)備中的LED燈在閃爍，在shell下使用devs顯示內(nèi)核設(shè)備列表也確認(rèn)了這一點(diǎn)，該列表顯示了USB設(shè)備上存在兩個(gè)已掛載的文件系統(tǒng)分區(qū)。

- > devs
drv refs name
  1 [ 3] /
  2 [ 3] /bd0:1 == > /bd0a
  2 [ 3] /bd0:2 == > /bd0b
  5 [ 3] /bd0a
  6 [ 3] /bd0b
 10 [ 3] /input/event
  0 [ 3] /null
  3 [ 3] /ttyS0
  2 [ 3] /tyCo/0 == > /ttyS0
 12 [ 3] host:
value = -140737484449152 = 0xffff8000003b9a80
- >