一種嵌入式ARM開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 一種嵌入式ARM開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為根底，軟硬件可以裁剪來適應(yīng)系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗要求嚴(yán)格的專用計(jì)算機(jī)體系。隨著各種微處理器功能的完善以及軟件上操作系統(tǒng)的支持，使得嵌入式系統(tǒng)有了完整的體系架構(gòu)。 在專用的嵌入式板上運(yùn)行操作系統(tǒng)需要利用Bootloader來引導(dǎo)加載內(nèi)核和系統(tǒng)程序。Bootloader主要實(shí)現(xiàn)初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而把嵌入式硬件和嵌入式操作系統(tǒng)很好地銜接起來。 根據(jù)IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）的定義，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行的裝置”（devic

2、es used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置。目前國內(nèi)一個(gè)普遍被認(rèn)同的定義是：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為根底、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為根底，軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能，對(duì)可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的。與目前常見的嵌入式操作系統(tǒng)如Vxworks，QNx，Windows CE，Pal

3、m Os等相比，嵌入式Linux操作系統(tǒng)以價(jià)格低廉、功能強(qiáng)大而且易于移植被廣泛地使用到各種嵌入式設(shè)備當(dāng)中。 AT91RM9200處理器，是由Atmel公司開發(fā)的基于ARM920T內(nèi)核的微處理器，帶有MMU，CPU時(shí)鐘可達(dá)240 MHz，有著豐富的標(biāo)準(zhǔn)接口、EBI接口，內(nèi)部集成了靜態(tài)存儲(chǔ)控制器、SDRAM控制器、Burst Flash控制器等。SDRAM采用兩片hy57v651620b芯片，組成32 bit通道，大小一共16 MB，F(xiàn)lash采用Intel Js28f128芯片，容量為16 MB。網(wǎng)絡(luò)芯片采用dm9161a。系統(tǒng)硬件平臺(tái)的原理，如圖1所示。 1 U-Boot移植 對(duì)于AT91RM

4、9200，系統(tǒng)上電時(shí)，通過檢測BMS來選擇系統(tǒng)的啟動(dòng)方式，如果BMS為高電平，則系統(tǒng)從片內(nèi)ROM啟動(dòng)，如果BMS為低電平，則從片外的Flash啟動(dòng)。在沒有移植U-Boot到Flash之前，只能選擇片內(nèi)ROM啟動(dòng)。AT91RM9200的ROM固化了一個(gè)Bootloarder程序，這個(gè)Bootloader主要完成一些相應(yīng)的初始化工作，并且運(yùn)行Xmodem協(xié)議等待接收Loader.bin映像。其中Boot.bin主要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)是把Flash中的U-Boot拷貝到內(nèi)存中執(zhí)行。AT91RM9200應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集傳輸，自動(dòng)控制，工業(yè)應(yīng)用，微型嵌入式終端等 U-Boot的源代碼可以到網(wǎng)站。文中所用的版本是U

5、-Boot-1.1.1，對(duì)AT91RM9200的芯片完全支持，由于具體硬件的不同，需要做一定的修改。支持AT91RM9200代碼在BOARDAT91RM9200 目錄下面，主要有AT91RM9200DK.c，F(xiàn)lash.c，U-Boot.lds，Con-fig.mk幾個(gè)文件。主要做的修改如下： （1）修改Config.mk中的Tex_base為0 x20f00000，和前面的boot地址保持一致； （2）修改Flash.c文件，使其支持Intel JS28F128芯片。由于使用支持的是AMD Flash，需要在代碼里添加對(duì)本系統(tǒng)芯片的支持。在U-Boot的代碼中Strong ARM架構(gòu)里的xm

6、250，它的代碼是支持Intel Flash的，可以參考相應(yīng)代碼實(shí)現(xiàn)移植； （3）修改頭文件 includeConfigsAT91RM9200dk.H，主要修改的是針對(duì)SDRAM以及Flash的參數(shù)配置：將phys_sdram設(shè)置成0 x20000000，這個(gè)是SDRAM的起始地址，phys_flash_sdram_size設(shè)置為0 x1000000，SDRAM容量為16 MB。扇區(qū)的總數(shù)cfg_max_flash_sect相應(yīng)設(shè)置為128。 在Linux里安裝交叉編譯器，筆者用的交叉編譯器的版本是2.95.3，編譯代碼，生成U-Boot.bin文件。U-Boot啟動(dòng)后顯示，如圖2所示。 2

7、Linux2.6.20內(nèi)核移植 2.1 Linux內(nèi)核版本選擇 Linux是Linus Torvalds本人偶然通過互聯(lián)網(wǎng)在自由組合的駭客團(tuán)隊(duì)的幫助之下寫的Unix的同系版本。它的目標(biāo)是遵循 POSIX（Portable Operating System Interface for Computer Environment-計(jì)算機(jī)環(huán)境的可移植操作系統(tǒng)界面）標(biāo)準(zhǔn)。 Linux具有你所期望的在一臺(tái)現(xiàn)代的完全整合Unix的機(jī)器上的所有功能。其中包括：真正的多任務(wù)（執(zhí)行），虛擬內(nèi)存，共享庫，按需裝載（內(nèi)核），共享拷貝-寫的可執(zhí)行性，獨(dú)特的內(nèi)存管理以TCP/IP協(xié)議下的網(wǎng)絡(luò)協(xié)作。 Linux是被分配給G

8、NU普通公眾許可證發(fā)行的。要得到更多細(xì)節(jié)信息請參考附加拷貝文檔。 Linux首先是在基于386/486體系構(gòu)造發(fā)展起來的。近些日子Linux也同樣能夠運(yùn)行于DEC Alphas, SUN Sparcs, M68000 machines （類似 Atari and Amiga）， MIPS and PowerPC之上。 Linux內(nèi)核版本更新速度非常塊，現(xiàn)在的版本已發(fā)展到了2.6.26.3。與2.4內(nèi)核相比，2.6內(nèi)核穩(wěn)定性更好、對(duì)于總線、文件系統(tǒng)、塊設(shè)備支持、多媒體、網(wǎng)絡(luò)安全性等方面都有了更好的支持，因此筆者選擇移植功能和可靠性都比較歐成熟的Linux2.6.20版本到本系統(tǒng)中。對(duì)Linux2

9、.6.20源代碼打上支持AT91RM9200處理器的補(bǔ)丁之后，內(nèi)核就可以支持AT91RM9200處理器了。 文檔資料： 2.2 交叉編譯環(huán)境的建立 采用的交叉編譯工具為ARM-Linux-Gcc3.4.1，這是目前比較通用支持編譯2.6內(nèi)核的交叉編譯器，完全支持編譯2.6內(nèi)核，在開發(fā)平臺(tái)上將交叉編譯器安裝好，并配置好環(huán)境變量Path=$Path：UsrLocalArm3.4.1Bin。 2.3 解決Machine Id問題 在U-Boot的代碼中，支持的AT91RM9200的Machine類型為25 1、262兩種，這兩種在Includeasm-armmach-types.h定義為mach_t

10、ype_AT91RM9200和mach_type_AT91RM9200dk，在U-Boot中board.c中采用的是種，而在Linux2.6.20內(nèi)核代碼中arhArmMath-AT91RM9200使用的類型卻為AT91RM9200DK，也就是第2種。因此在啟動(dòng)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)Machine不匹配的問題，解決問題的方法就是更改U-Boot或者Linux內(nèi)核的代碼，使其Machine類型相匹配。 2.4 Nor Flash的地址安排 筆者采用的Flash為16 MB NOR Flash，為了實(shí)現(xiàn)層次文件系統(tǒng)，需要增加NOR Flash MTD驅(qū)動(dòng)支持，具體地址安排，如圖3所示。 在DirversMT

11、DMaps里增加AT91 RM9200.c文件，作為自己的分區(qū)代碼，并且編譯進(jìn)內(nèi)核。 2.5 編譯內(nèi)核 首先要修改內(nèi)核內(nèi)核目錄下MAKEFILE文件，編譯器修改為安裝好的交叉編譯器，即Arch?=ARM和Cross_Compile?=ARM-Linux-，然后運(yùn)行命令make AT91RM9200DK_Defconfig，配置好內(nèi)核。如果需要修改一些具體的配置，可以運(yùn)行makeMenuconfig命令進(jìn)入如下菜單開展配置。配置好內(nèi)核之后運(yùn)行make Image命令，編譯生成內(nèi)核鏡像Vmlinux，用Mkimage工具生成Uimage。 2.6 制作Ramdisk文件系統(tǒng) Linux采用文件系統(tǒng)組織系統(tǒng)中的文件和設(shè)備，為設(shè)備和用戶程序提供統(tǒng)一接口，因此Linux啟動(dòng)還需要有根文件系統(tǒng)Ramdisk是通過計(jì)算機(jī)的內(nèi)存用作設(shè)備來創(chuàng)立和掛在文件系統(tǒng)的一種驅(qū)動(dòng)機(jī)制，它通常用于無盤系統(tǒng)。根文件系統(tǒng)通常包括一下目錄內(nèi)容：Dev（設(shè)備目錄）；Proe（Proe文件系統(tǒng)目錄）；Etc（系統(tǒng)配置文件）；Sbin（系統(tǒng)程序的目錄）；Bin（系統(tǒng)應(yīng)用程序，通常由busy