基于龍芯2F架構的PMON分析與優(yōu)化
摘要:基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)是現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的重要組成部分,負責計算機系統(tǒng)的開機自檢、板級初始化、加載操作系統(tǒng)內(nèi)核以及基本I/O功能。以龍芯2F CPU架構為研究背景,在其基礎上分析了PMON的系統(tǒng)結構與工作流程,通過添加網(wǎng)絡驅(qū)動程序,最終實現(xiàn)通過PMON加載Linux和VxWorks操作系統(tǒng)。進行必要的功能完善與性能優(yōu)化,并經(jīng)過嚴格的測試以排除可能存在的深層次缺陷,實現(xiàn)了一個性能穩(wěn)定、功能完善、高可靠性的能與國產(chǎn)龍芯2F處理器平臺緊密搭配的BIOS。
關鍵詞:BIOS;CPU;龍芯2F處理器;PMON
龍芯CPU使用PMON作為基本輸入輸出系統(tǒng)(BIOS)。PMON具有強大而豐富的功能,除基本的I/O功能外,還包括硬件初始化與檢測、操作系統(tǒng)引導和程序調(diào)試等功能。PMON早期的版本功能少且擴展性不好。現(xiàn)在龍芯CPU上使用的PMON添加了硬盤和其他文件系統(tǒng)的支持,以及顯卡的支持等。本文在深入分析PMON源碼的前提下,添加了82551網(wǎng)卡驅(qū)動以便以網(wǎng)絡下載加載操作系統(tǒng)內(nèi)核,并對移植好的PMON系統(tǒng)進行了功能、性能和穩(wěn)定性等方面的測試以適應某些重要領域?qū)τ嬎銠C系統(tǒng)高可靠性要求。通過專門的測試程序來實現(xiàn)此任務,并且盡量保證高的測試覆蓋性。
1 基于龍芯2F架構的PMON分析
1.1 PMON執(zhí)行流程分析
在龍芯2F CPU上電之初,內(nèi)存和內(nèi)存控制器處于不確定狀態(tài),因此CPU開始執(zhí)行的BIOS代碼只能放在非易失性介質(zhì)中。PMON的二進制代碼就存放于主板上一塊512 KB的FLASH芯片上,其虛擬地址為0xBFC00000,物理地址是0x1FC00000。
由于在ROM FLASH運行的速度比較慢,并且空間有限,不能隨時更改ROM中的內(nèi)容,就需要把引導程序搬到內(nèi)存里運行。因此,PMON的運行過程分為兩個階段:第一階段是在ROM FLASH中運行,主要進行基本硬件初始化,如:北橋、南橋、內(nèi)存控制器、緩存和串口初始化等;第二階段在內(nèi)存中執(zhí)行,主要完成環(huán)境變量和基本數(shù)據(jù)結構的初始化、PCI總線掃描和設備初始化,顯卡初始化、網(wǎng)絡協(xié)議和設備初始化,并對搜索到的PCI總線上的設備進行驅(qū)動程序的加載與配置等,最后加載操作系統(tǒng)內(nèi)核。
1.2 PMON在ROM中的執(zhí)行流程
龍芯CPU開始執(zhí)行的指令將CP0控制寄存器的狀態(tài)寄存器和原因寄存器清零,讓CPU處于內(nèi)核模式。這是因為MIPS CPU啟動時,必須定義足夠的CPU控制寄存器狀態(tài),以使CPU能執(zhí)行非緩存的指令。在對緩存初始化之前,不能訪問緩存。非緩存的異常入口在0xBFC00000,但此處沒有足夠的空間存放啟動代碼,于是設計了一個跳轉(zhuǎn)。這個跳轉(zhuǎn)可以測試CPU是否正常工作。如果硬件發(fā)生了某種嚴重的錯誤,可能會導致CPU嚴重的異常。如果CPU正常啟動起來并跳轉(zhuǎn)到了正確的位置并執(zhí)行了預先設計的指令,就可以相信CPU正常,某些硬件正常。跳轉(zhuǎn)之后,PMON進行一系列的初始化與測試工作,這個過程如圖1所示。
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