在進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)，首先面臨的難題就是如何挑選一個(gè)適合自己的開發(fā)平臺(tái)。ARM系列處理器是專門針對(duì)嵌入式設(shè)備設(shè)計(jì)的，是目前構(gòu)造嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)的首選。本文將介紹如何挑選適合實(shí)際需要的嵌入式開發(fā)平臺(tái)，如何構(gòu)建實(shí)用的開發(fā)環(huán)境，以及如何邁出嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)的第一步。
選用指南
在進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)之前，首先必須要選擇恰當(dāng)?shù)拈_發(fā)平臺(tái)。對(duì)于經(jīng)驗(yàn)豐富的開發(fā)者來(lái)說(shuō)，當(dāng)然可以自己動(dòng)手組裝硬件，然后挑選合適的嵌入式Linux系統(tǒng)，將其移植到開發(fā)平臺(tái)上。但對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，可能更好的辦法是購(gòu)買硬件廠商已經(jīng)做好的開發(fā)板，將精力集中在應(yīng)用程序的開發(fā)上。
雖然ARM微處理器有多達(dá)十幾種的內(nèi)核結(jié)構(gòu)、幾十個(gè)芯片生產(chǎn)廠家和眾多的功能組合，但這也給廣大嵌入式開發(fā)人員在確定方案時(shí)帶來(lái)了一定的困難?？陀^上講，嵌入式系統(tǒng)一般都是量身打造的。開發(fā)人員必須依據(jù)客戶需求選擇合適的軟硬件平臺(tái)，否則的話要么無(wú)法完成所要求的功能，要么就會(huì)造成資源的浪費(fèi)，挑選出一個(gè)合適的方案確實(shí)很不容易。初學(xué)者在做決定時(shí)不妨借鑒下面的一些經(jīng)驗(yàn)。
ARM公司設(shè)計(jì)了一系列的微處理器內(nèi)核結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域的需要。如果用戶希望使用Windows CE或標(biāo)準(zhǔn)Linux等操作系統(tǒng)來(lái)減少軟件開發(fā)時(shí)間，就需要選用ARM720T以上帶有內(nèi)存管理單元(MMU)的ARM芯片，如ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T等。但對(duì)于ARM7TDMI這類沒有MMU的微處理器來(lái)說(shuō)，只能運(yùn)行像UcLinux那樣不需要MMU支持的操作系統(tǒng)，而無(wú)法運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的Linux。
微處理器的工作頻率在很大程度上決定了其運(yùn)算能力的高低。ARM7系列微處理器的典型處理速度為0.9MIPS/MHz，常見的ARM7芯片的系統(tǒng)主時(shí)鐘為20MHz到133MHz;ARM9系列微處理器的典型處理速度為1.1MIPS/MHz，常見的ARM9芯片的系統(tǒng)主時(shí)鐘為100MHz到233MHz;ARM10系列微處理器的典型處理速度為1.25MIPS/MHz，其時(shí)鐘頻率則可以高達(dá)400MHz。不同ARM芯片對(duì)時(shí)鐘的處理各不相同。有些芯片只有一個(gè)主時(shí)鐘頻率，而有些芯片的內(nèi)部時(shí)鐘控制器則可以分別為ARM核、USB、UART和DSP等功能部件提供不同頻率。
大多數(shù)ARM微處理器片內(nèi)存儲(chǔ)器的容量都不大，需要用戶在設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)時(shí)擴(kuò)充外部存儲(chǔ)器。
除了ARM微處理器核之外，幾乎所有的ARM芯片都根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展了相應(yīng)的功能模塊，并集成在芯片之中，從而形成了片內(nèi)外圍電路，如USB接口、I/O接口、RTC和LCD控制器等。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)人員應(yīng)該盡可能運(yùn)用這些外圍電路，來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所要求的功能。這樣既可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同時(shí)又能夠提高系統(tǒng)的可靠性。
為嵌入式系統(tǒng)挑選合適的硬件平臺(tái)是一件很復(fù)雜的工作。以上給出的只是一些基本的原則，實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中還要根據(jù)情況靈活確定。筆者在展開對(duì)嵌入式Linux的研究和開發(fā)之時(shí)，經(jīng)過(guò)比較和鑒別，選用了一款基于S3C4510B處理器的開發(fā)板。它是由三星公司推出的一款具有很高性價(jià)比的16/32位RISC微控制器，采用的是ARM公司提供的ARM7TDMI RISC處理器核。由于它具有高性能、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，因此特別適合于對(duì)價(jià)格和功耗比較敏感的應(yīng)用場(chǎng)合，如手持設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信和工業(yè)控制等。
S3C4510B整個(gè)開發(fā)板的結(jié)構(gòu)大致如圖1所示。
圖1 基于S3C4510B的開發(fā)板框圖
快速入門
下面就來(lái)一睹嵌入式Linux的芳容。如果用戶的開發(fā)板是由專門的硬件廠商提供的，一般來(lái)說(shuō)都會(huì)預(yù)裝一個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)，如Windows CE、Palm OS或Linux等。此處介紹的S3C4510B開發(fā)板預(yù)裝的是嵌入式Linux。我們不妨借用它來(lái)感受一下嵌入式Linux的開發(fā)方法。如果用戶的開發(fā)板是自己組裝的，或者買來(lái)時(shí)預(yù)裝的是其它的嵌入式操作系統(tǒng)，那么就需要自己動(dòng)手來(lái)重新構(gòu)建系統(tǒng)了。
正如前面介紹過(guò)的，在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時(shí)需要用到兩個(gè)平臺(tái)：一個(gè)是開發(fā)平臺(tái)(Host)，另一個(gè)是目標(biāo)平臺(tái)(Target)。開發(fā)平臺(tái)通常用普通的PC機(jī)充當(dāng)。它可以通過(guò)串行端口、并行端口和以太網(wǎng)等方式與目標(biāo)平臺(tái)相連，從而共同構(gòu)成一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的基本開發(fā)環(huán)境。對(duì)于嵌入式Linux系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最簡(jiǎn)單的開發(fā)環(huán)境只需要用到宿主機(jī)、目標(biāo)板和串行連接線。它們之間的連接如圖2所示。
圖2 最簡(jiǎn)單的開發(fā)環(huán)境