之前在写X86 Linux的时候提到了BSP,它的全称是Boot Strap Processor,是负责系统引导启动的处理器,其余的处理器叫做AP(application processor)。
其实,另一个使用BSP最多的是嵌入式系统,特别是商业化的嵌入式实时操作系统RTOS环境下。当然部分特定的Linux也借用了这个名字。
在嵌入式系统里面BSP代表board support package,板级支持包。虽然常说“包治百病”,但是这里的“包”,不一定是真正的package,而更可能是厂家提供给特定嵌入式平台的一个文件集合,里面包含了针对特定平台和RTOS接口的软件代码。
BSP的产生有着架构和商业上的双重需要。
在架构上,RTOS把与平台无关的代码抽象出来作为公用的代码部分,例如RTOS的内核,网络协议栈等等。而把与具体平台相关的部分交给BSP及其接口来完成。针对不同的硬件平台,公用部分代码无须修改,只要做出不同的BSP就可以了,否则商业版的RTOS没法开展业务。
在商业上,很多RTOS都是闭源的,嵌入式系统的硬件平台又是数不胜数千差万别的,为了支持这些硬件,厂家只需要“提供”(需要花钱购买的)特定硬件的BSP就可以了,而BSP是可以提供源代码的。
这就好比一台汽车,为了适应不同的路况,用户可以采购不同的轮胎,只要符合车辆对轮胎的规格要求(BSP接口)就可以了。
BSP主要的作用就是为复杂多样的、定制化的嵌入式系统提供一个支持其硬件的软件层次。RTOS的内核往往是系统无关的,那么针对特定的硬件,例如总线频率,晶振频率,串口,SPI ROM, I2C总线,MAC/PHY,LCD 控制器,PIO等等,操作系统需要定义一套标准接口来操作这些硬件资源。而这套接口向下就是BSP的功能。
该软件部分的首要功能是完成系统的硬件初始化,例如,时钟校准,POST,DRAM初始化等等。
另一个典型的初始化例子是,某ARM的SoC系统中,ARM核的主频是400MHz,晶振频率32.768KHz。其中有2个UART控制器,UART1一个作为外接的串口,配置为115200 8n1。这个时候就需要在BSP当中合理设置UART1控制器,使其工作在预期的模式下。如果同样的SoC,但使用的晶振硬件频率变为40.003KHz,那么原来的BSP代码就可能导致串口输出乱码,因为UART1的baud分频数在新的晶振频率下不能得到115200的baud rate。
可见,BSP主要针对的就是硬件平台的特定性。
BSP还提供接口使RTOS知道当前系统的内存资源位置和大小,还包括其他设备的驱动程序,例如I2C,SPI,Ethernet等等。例如,ethtool的底层操作最后都是落在了BSP的驱动代码里面。
由此可见,嵌入式系统中的BSP既类似于PC/服务器里面的BIOS/EFI,完成系统的上电引导初始化工作。同时BSP又相当于OS内核驱动程序的底层部分,针对特定硬件的驱动部分。
BSP工程师的要求是“系统”,不光懂CPU,还要懂外设,还要懂软件。
BSP是学习计算系统知识的起点,通过它可以了解完整计算机系统的主要方面,例如:C语言的堆栈初始化,全局变量,静态变量的差异和设置,main函数是如何启动的,等等。这里是一个宝库,只要肯挖,总能挖出很多惊喜出来。
我曾经利用BSP里面学习到的知识去面试候选人,很多候选人对于main函数是如何启动的不甚了了,确实很遗憾。
嵌入式的BSP先介绍到这里,有空讲讲嵌入式系统和其中架构设计。