嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心,以計算機技術(shù)為基礎(chǔ),軟硬件可以裁剪來適應系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗要求嚴格的專用計算機體系。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行操作系統(tǒng)需要利用Bootloader來引導加載內(nèi)核和系統(tǒng)程序。Bootloader主要實現(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。
U-Boot是當前比較流行、功能強大、比較有代表性的Bootloader,支持的處理器包括Powerarm(ARM7,ARM9,Srongarm,Xscale)、MIPS、X86、Motorola等系列。
與目前常見的嵌入式操作系統(tǒng)如Vxworks,QNx,Windows CE,Palm Os等相比,嵌入式Linux操作系統(tǒng)以價格低廉、功能強大而且易于移植被廣泛地使用到各種嵌入式設(shè)備當中。文中主要介紹了基于at91 rm9200的ARM硬件開發(fā)平臺,以及U-Boot和Linux-2.6.20內(nèi)核在此平臺上的移植。
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時鐘最高可達240 MHz,有著豐富的標準接口、EBI接口,內(nèi)部集成了靜態(tài)存儲控制器、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)硬件平臺的原理,如圖1所示。
1 U-Boot移植
對于AT91RM9200,系統(tǒng)上電時,通過檢測BMS來選擇系統(tǒng)的啟動方式,如果BMS為高電平,則系統(tǒng)從片內(nèi)ROM啟動,如果BMS為低電平,則從片外的Flash啟動。在沒有移植U-Boot到Flash之前,只能選擇片內(nèi)ROM啟動。片內(nèi)啟動時,AT91RM9200的ROM上電之后被映射到了0x0和0x100000處,在這兩個地址處都可以訪問ROM。AT91RM9200的ROM固化了一個Bootloarder程序,這個Bootloader主要完成一些相應的初始化工作,并且運行Xmodem協(xié)議等待接收Loader.bin映像。Loader.bin代碼可以到Atmel官方網(wǎng)站下載,Loader.bin主要完成的任務是通過Xmodem協(xié)議將U-Boot.bin下載到內(nèi)存中直接運行。U-Boot.bin在內(nèi)存中跑起來之后就可以利用U-Boot的功能把Boot.bin和U-Boot.bin寫到Flash中,從而實現(xiàn)片外Flash啟動。其中Boot.bin主要實現(xiàn)的任務是把Flash中的U-Boot拷貝到內(nèi)存中執(zhí)行。
U-Boot的源代碼可以到官方網(wǎng)站下載。文中所用的版本是U-Boot-1.1.1,對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BOARD/AT91RM9200 目錄下面,主要有AT91RM9200DK.c,F(xiàn)lash.c,U-Boot.lds,Con-fig.mk幾個文件。主要做的修改如下:
(1)修改Config.mk中的Tex_base為0x20f00000,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。由于官方使用支持的是AMD Flash,需要在代碼里添加對本系統(tǒng)芯片的支持。在U-Boot的代碼中Strong ARM架構(gòu)里的xm250,它的代碼是支持Intel Flash的,可以參考相應代碼實現(xiàn)移植;
(3)修改頭文件 include/Configs/AT91RM9200dk.H,主要修改的是針對SDRAM以及Flash的參數(shù)配置:將phys_sdram設(shè)置成0x20000000,這個是SDRAM的起始地址,phys_flash_sdram_size設(shè)置為0x1000000,SDRAM容量為16 MB。對于Flash,需要修改的是:Flash起始地址設(shè)置為0x10000000(Flash掛在bank0上),phys_flash_size設(shè)置為0x1000000。扇區(qū)的總數(shù)cfg_max_flash_sect相應設(shè)置為128。
最后在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啟動后顯示,如圖2所示。
2 Linux2.6.20內(nèi)核移植
2.1 Linux內(nèi)核版本選擇
Linux內(nèi)核版本更新速度非常塊,現(xiàn)在最新的版本已發(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。Linux內(nèi)核的源代碼可在www.kernel.org網(wǎng)站上下載,Atmel官方網(wǎng)站上可以獲取針對AT91RM9200的補丁2.6.20-AT91.patch.gz和Linux-2.6.20-exp.diff.Bz2。對Linux2.6.20源代碼打上支持AT91RM9200處理器的補丁之后,內(nèi)核就可以支持AT91RM9200處理器了。
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)平臺上將交叉編譯器安裝好,并配置好環(huán)境變量Path=$Path:/Usr/Local/Arm/3.4.1/Bin。
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Include/asm-arm/mach-types.h定義為mach_type_AT91RM9200和mach_type_AT91RM9200dk,在U-Boot中board/AT9 1 RM9200dk/AT91 RM9200dk.c中采用的是第一種,而在Linux2.6.20內(nèi)核代碼中arh/Arm/Math-AT91RM9200使用的類型卻為AT91RM9200DK,也就是第2種。因此在啟動的時候會出現(xiàn)Machine不匹配的問題,解決問題的辦法就是更改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,為了實現(xiàn)層次文件系統(tǒng),需要增加NOR Flash MTD驅(qū)動支持,具體地址安排,如圖3所示。
在Dirvers/MTD/Maps/里增加AT91 RM9200.c文件,作為自己的分區(qū)代碼,并且編譯進內(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,可以運行makeMenuconfig命令進入如下菜單進行配置。配置好內(nèi)核之后運行make Image命令,編譯生成內(nèi)核鏡像Vmlinux,最后用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啟動還需要有根文件系統(tǒng)。根文件系統(tǒng)的作用是存放各種工具、應用程序以及必須的庫文件等。Ramdisk是通過計算機的內(nèi)存用作設(shè)備來創(chuàng)建和掛在文件系統(tǒng)的一種驅(qū)動機制,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)應用程序,通常由busybox來實現(xiàn));/Lib(共享庫文件);/Mnt(裝在其它磁盤節(jié)點的目錄);/Usr(附加應用程序的目錄)。
3 結(jié)束語
ARM9作為新一代處理器有著更高的性價比、更低的功耗、執(zhí)行速度更快、性能更高、應用范圍更加廣泛的特點;Linux以其優(yōu)越的性能、源代碼的開放、容易移植等特點被應用于越來越多的領(lǐng)域當中。基于AT91RM9200微控制器的硬件嵌入式開發(fā)平臺,可以根據(jù)具體需要,應用于嵌入式教學實驗以及嵌入式產(chǎn)品開發(fā)等多種場合中,具有廣闊的發(fā)展前景。