摘 要：主要介紹32位微處理器S3C44B0X和嵌入式操作系統(tǒng)μClinux的開發(fā)和研究，提出了ARM和μClinux實現(xiàn)以太網(wǎng)通信的一種方案，即一套基于嵌入式操作系統(tǒng)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)軟件開發(fā)平臺，在此平臺之上。可以方便進行嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。
關(guān)鍵詞：嵌入式操作系統(tǒng)；μClinux；ARM；移植
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隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)監(jiān)測、控制等各個領(lǐng)域，嵌入式系統(tǒng)將越來越多地支持互聯(lián)網(wǎng)功能。人們對互聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)的功能和可靠性都提出了越來越高的要求。同時，隨著微電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，高檔處理器的成本大幅度下降及軟件技術(shù)的發(fā)展，嵌入式操作系統(tǒng)日趨成熟。
本文對基于32位微處理器和μClinux[1]的嵌入式系統(tǒng)進行了研究，從硬件核心—32位微處理器的選型，其他硬件部分的設(shè)計，系統(tǒng)驅(qū)動程序的編寫，嵌入式操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)的移植，完成了對一個嵌入式系統(tǒng)從計劃設(shè)計到開發(fā)調(diào)試的完整過程的研究。
1 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計
μClinux的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。本系統(tǒng)采用韓國三星公司的S3C44B0X[2]微處理器,外擴一片norflash芯片HY29LV160B、nandflash芯片K9F2808u和SDRAM芯片 HY57V561620，JTAG接口，RS232串口；帶有開關(guān)量采集模塊、模擬量采集模塊和以太網(wǎng)通信模塊；采用μClinux嵌入式操作系統(tǒng)來進行軟件設(shè)計。
硬件系統(tǒng)上使用了兩種類型的Flash，一種是norflash，另一種是nandflash。norflash適宜連續(xù)大容量存儲，價格相對便宜；相比較，nandflash隨機存儲速度快、價格高。所以在本系統(tǒng)中結(jié)合兩種Flash的優(yōu)勢，將移植的操作系統(tǒng)存放在norflash之中，nandflash則是用來存儲應(yīng)用程序的代碼和常量，保證用戶的程序在掉電后不丟失。
該方案設(shè)計相對簡單，硬件電路中采用韓國三星公司的S3C44BOX微處理器，8 KB Cache、可選的內(nèi)部SRAM、2通道UART、8通道10 bit ADC、71個通用I/O口、2個可編程32 bit定時器，能夠基于芯片設(shè)計復(fù)雜的系統(tǒng)。其架構(gòu)滿足了μClinux正常運行的基本要求。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
為使該系統(tǒng)具有較好的實時性和穩(wěn)定性，在μClinux平臺上設(shè)計系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)中各個任務(wù)在宏觀上按照一定的關(guān)系并行工作，CPU資源得到充分利用，系統(tǒng)可靠性得到很大的保證，方便組織開發(fā)任務(wù)。在μClinux平臺上，軟件設(shè)計工作主要包括：Bootloader的移植、μClinux在S3C44B0X上的移植、驅(qū)動程序的編寫和應(yīng)用程序的編寫。
2.1 Bootloader的移植
Bootloader是嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的第一個環(huán)節(jié)，它緊密地將軟硬件銜接在一起，對于一個嵌入式設(shè)備后續(xù)的軟件開發(fā)至關(guān)重要。Blob是Boot Loader Object的縮寫，是一款功能強大的Bootloader。MBA44B0是一款基于S3C44B0的開發(fā)板。本文將以運行在MBA44B0開發(fā)板上的Blob的源代碼為基礎(chǔ)，再針對自己的開發(fā)板進行Blob的移植。Blob的啟動流程的文件關(guān)系如圖2所示。
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Blob編譯后的代碼定義最大為64 KB，并且這64 KB又分成兩個階段來執(zhí)行。第一階段的代碼在start.s中定義，大小為1 KB，它包括從系統(tǒng)上電后在0x00000000地址開始執(zhí)行的部分，并運行在Flash中，包括對S3C44B0的一些寄存器的初始化和將Blob第二階段代碼從Flash拷貝到SDRAM中。余下63 KB代碼都是第二階段的代碼。其起始文件為Trampoline.s，被復(fù)制到SDRAM后，就從第一階段跳到這個文件開始執(zhí)行剩余部分代碼。這個階段最大為63 KB，單詞trampoline詞義為“蹦床”，所以在這個程序中進行一些BSS段設(shè)置、堆棧的初始化等工作后，最后跳轉(zhuǎn)到Main.c進入C函數(shù)。
2.2 μClinux的移植[3]
μClinux2.4.x發(fā)行包中的內(nèi)核對S3C44B0X處理器的支持是不完整的，因此，不可能在make config配置選項中選中S3C44B0X目標板后，直接編譯它來得到一個很好的支持S3C44B0X開發(fā)板的內(nèi)核映像。這里對μClinux原代碼的改寫主要是對網(wǎng)卡支持部分和中斷部分（這部分時為以后擴展準備的），由于RTL8019AS網(wǎng)卡與NE2000系列的網(wǎng)卡是兼容的，所以可以直接借助μClinuxdriversnetne.c源代碼進行改寫。
?。?）在Ne.c中函數(shù)ne_probe就是網(wǎng)卡的檢測函數(shù)，如果檢測到Ne2000兼容的網(wǎng)卡就是return 0，可以參考一下添加的函數(shù)的語法格式，將網(wǎng)卡的基地址、中斷號都放到這里面定義：
#elif defined(CONFIG_ARCH_S3C44B0)
static int once = 0；
if (once)
return -ENXIO；
if (base_addr == 0) {
dev->base_addr = base_addr = ARM_NE2000_BASE；
dev->irq = ARM_NE2000_IRQ；
once++；
}
其中，ARM_NE2000_BASE和ARM_NE2000_IRQ是在配置內(nèi)核的時候定義的。
?。?）ne_probe是被Space.c調(diào)用的，這里網(wǎng)卡的檢測是從./drivers/net/Space.c的ethif_probe函數(shù)中實現(xiàn)的，關(guān)鍵代碼如下：
if (probe_list(dev, eisa_probes) == 0)
return 0；
eisa_probes?????????????????? ：在前面定義成全局
static struct devprobe eisa_probes[] __initdata = {
#ifdef CONFIG_DE4X5???????????? /* DEC DE425, DE434, DE435 adapters */
{de4x5_probe, 0},
#endif
…………
{NULL, 0},
}；
添加的函數(shù)是：
if (probe_list(dev, arm_probes) == 0)
return 0；
并定義：
static struct devprobe arm_probes[] __initdata = {
#ifdef CONFIG_ARM
{ne_probe, 0},
#endif
{NULL, 0},
（3）地址偏移的問題
同樣是在ne.c中ne_probe1的代碼中。為了更好地說明所修改的地方，首先應(yīng)該先介紹一下硬件的配置和連接。這里8019在S3C44B0的Bank 5上，工作在跳線模式，所以起始基地址就是0x0a000600。還有一點需要特別注意的是：8019工作在16位模式下，數(shù)據(jù)線一對一地連接，地址線錯開一位，即8019的A0連接S3C44B0的A1……這樣，8019的基地址（Reg0的地址）是0x0a000600，Reg1的地址就是0x0a000602……所以地址不是連續(xù)增加的，那么對應(yīng)的驅(qū)動程序要做相應(yīng)的修改。
#elif defined(CONFIG_ARM)
#define EI_SHIFT(x) ((x)*2)
其中EI_SHIFT可以查看到8390.h的定義。
也有直接訪問外部的代碼，所以要添加的還有：
#ifdef CONFIG_ARM
regd = inb_p(ioaddr + 0x0d*2);
outb_p(0xff, ioaddr + 0x0d*2); ?? ：函數(shù)outb_p和inb_p訪問外部IO的函數(shù)
#else
regd = inb_p(ioaddr + 0x0d)；
outb_p(0xff, ioaddr + 0x0d)；
這樣就被解決了地址偏移的問題，這里采用預(yù)處理來添加自己的代碼，不直接在原有的代碼上修改，可以保證代碼的完整性和可移植性，也較容易比較和發(fā)現(xiàn)問題。
主程序和μClinux中的系統(tǒng)文件放在同一個程序下，進行編譯即可。為了提高執(zhí)行效率，可以根據(jù)實際應(yīng)用修改μClinux的部分常用代碼，甚至剪切掉某些不必要的代碼。
基于μClinux的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件的設(shè)計方案在硬件上簡潔可靠；軟件可維護性好，可擴展性好，有利于系統(tǒng)的后續(xù)開發(fā)，降低了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性。隨著嵌入式產(chǎn)品研究的深入，網(wǎng)絡(luò)接口芯片的研究也會快速發(fā)展，使智能化產(chǎn)品的設(shè)計更趨向簡單、標準、成熟?？梢钥闯觯度胧溅藽linux操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)將會得到更大的發(fā)展和更廣闊的應(yīng)用。
參考文獻
[1]?周立功 ，陳明計.ARM嵌入式linux系統(tǒng)構(gòu)建與驅(qū)動開發(fā)范例[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.
[2]?管耀武，楊宗德.ARM嵌入式無線通信系統(tǒng)開發(fā)實例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.
[3]?周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)實例（一）[M] .北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.