基于ADSP-BF533的μClinux嵌入式系統移植與開發 - 全文

　　Blackfin處理器是基于由美國模擬器件公司(ADI)和Intel公司聯合開發的微信號架構(MSA)的首款第4代DSP 產品，它是ADI公司16 位產品的一個大系列。這一新產品是專為通信和互聯網應用而設計的通用DSP芯片，適合處理廣泛用于互聯網中的大量圖像、聲音、文本和數據流，也可應用于汽車電子可視系統、寬帶無線系統、消費類多媒體電子、數字攝像機、多通道VoIP、安全和監督、機頂盒和視頻電話會議等方面。本文所用到的ADSP-BF533是Blackfin系列處理器的典型代表。

　　l μClinux簡介

　　μClinux從Linux 2.0/2.4內核派生而來，沿襲主流Linux的絕大部分特性。它是專門針對沒有MMU的CPU，并且為嵌入式系統做了許多小型化的工作。適用于沒有虛擬內存或內存管理單元(MMU)的處理器。由于μClinux在標準的Linux基礎上進行了適當的裁剪和優化，形成了一個高度優化的、代碼緊湊的嵌入式 Linux。雖然它的體積很小，但μClinux仍然保留了Linux的大多數的優點：穩定、良好的移植性、優秀的網絡功能、完備的對各種文件系統的支持、以及標準豐富的API等。

　　μClinux的主要特點如下：

　　(1)內存管理

　　這部分是μClinux與傳統Linux區別最大的地方。對于μClinux來說，其設計針對沒有MMU的處理器，即μC1inux不能使用處理器的虛擬內存管理技術，μClinux仍然采用存儲器的分頁管理。系統在啟動時把實際存儲器進行分頁，在加載應用程序時程序分頁加載，但是由于沒有MMU管理，因此實際上μClinux采用實存儲器管理策略。這一點影響了系統工作的很多方面。

　　(2)μC1inux的內核加載方式

　　μClinux的內核有2種可選的運行方式：可以在FLASH上直接運行，也可以加載到內存中運行。由于RAM的存取速率要比FLASH高，因此后者可以減少內存需要，運行速度也更快。

　　(3)μClinux的文件系統

　　μClinux系統采用rotors文件系統。這種文件系統相對于一般的ext2文件系統要求更少的空間。這是由于內核支持romfs文件系統比支持 ext2文件系統需要更少的代碼，而且romfs文件系統相對簡單建立文件系統超級塊(superblock)需要的存儲空間更少。

　　(4)μClinux的應用程序庫

　　μClinux小型化的另一個做法是重寫應用程序庫。相對于越來越大且越來越全的庫glibc μClibc對libc做了精簡。

　　(5)可執行文件格式

　　μClinux系統使用flat可執行文件格式。另外，μClinux還提供通用的Linux APl支持完整的TCP/IP協議堆棧和大量其他的網絡協議，支持包括NFSext2ROMfs等多種文件系統。

　　2 建立μClinux開發環境

　　嵌入式系統的開發與一般的應用開發最大的差別在于，前者需要建立特殊的硬件環境，而后者一般基于特定的操作系統或分布式平臺。后者的平臺已經對硬件或網絡媒質做了抽象，從而不需要由系統開發者來完成這些工作。而在嵌入式系統開發中，這也由開發者完成。

　　嵌入式系統開發環境一般分成主機端(HOST)和目標板(TARGET)兩個部分。主機端是開發平臺，用于運行開發過程中的各種工具(如Linux操作系統和ADI提供的集成開發環境Visual DSP++等);目標板是運行和測試平臺，是嵌入式系統的最終駐留環境。在主機端和目標板之間需要通過某種方式進行通信，如使用。RS 232串口或網口。通信的目的在于發送控制指令和傳輸數據，同時獲得反饋信息。圖1是系統移植工作的硬件環境。

　　目標板的硬件平臺如圖1所示：

　　主機端的PC使用COM1和BF533的UART相連接，通過串口完成對目標板的必要控制功能。本文設計的ADSP—BF533目標板上配備有1塊SMSC LAN91C111以太網卡芯片和主機端建立原始(raw)IP連接，使用鏈路層地址完成大批量數據的傳送。

　　在硬件環境建立之后，就需要創建軟件開發環境。軟件環境主要是指Blackfin體系結構的交叉編譯環境。建立交叉編譯環境首先要有交叉開發工具。交叉編譯工具是指一組運行在某一種處理器上，卻可以編譯出另一種處理器卜執行的指令的工具。它由一套用于編譯、匯編和鏈接內核及應用程序的組件組成，通過編譯可以使μClinux內核和應用程序在目標設備上運行。

　　編譯μClinux一般使用GNU開發套件作為交叉編譯器工具鏈，它包括一系列的開發和調試工具。在官方網站 http：//blackfin.μClinux.org上提供了Blackfin系列處理器內核的交叉編譯工具。下載后按照說明解壓到Linux系統的相應文件夾里，并設置系統環境變量，使這些交叉編譯工具所在的目錄為全局環境變量。至此就建立好了μClinux的軟件開發環境。

　　3 利用U—Boot引導內核

　　U—Boot(Universal Boot Loader)是當前比較流行的遵循GPL條件的開放源碼項目。也是是嵌入式Linux系統常用的Boot Loader之一。其完成的功能是初始化硬件設備、改變處理器運行模式、重組中斷向量和建立內存空間映射圖，從而將系統的軟硬件帶到一個合適的狀態或者用戶定制的特定狀態，以便為最終加載操作系統內核準備好正確的環境。

　　U—Boot具有源碼公開的特點，開發人員可根據自身需要進行裁減;支持多種處理器和嵌入式操作系統內核;具有多種設備驅動源碼：支持種引導方式;具有功能強大且成熟、穩定等諸多優點，故本文采用U—Boot引導μClinux內核。U—Boot嚴重依賴于底層硬件，不同的CPU或嵌入式板極設備需要不同的U—Boot，不過因為本文的重點是μClinux的移植，所以這里不再詳述U—Boot的具體實現過程。

　　當系統上電后，U—Boot從地址OxO開始執行，將存儲器映射重新配置，如圖1所示，并會執行μClinux的固化內核。

　　U一Boot可以使用ADI的仿真軟件Visual DSP++通過仿真器或JTAG口下載到目標板上。

　　4 μClinux內核的編譯和移植

　　作為操作系統的核心，μClinux內核負責管理系統的進程、內存、設備驅動程序、文件系統和網絡系統，決定著系統的各種性能。μClinux內核采用模塊化的組織結構，通過增減內核模塊的方式來增減系統的功能。

　　4.1 內核配置

　　雖然μClinux的內核代碼大部分獨立于處理器和其體系結構，但是最底層的代碼還是基于特定系統的。雖然各個系統存在相同之處，但是它們的中斷處理上下文、內存映射的維護、任務上下文和初始化過程是獨特的。這些例行程序放置在μClinux代碼樹的aroh/目錄下。這里需要根據自己的硬件平臺來配置內核代碼。配置過程如下：

　　可以從官方網站http：//blackfin.μClinux.org處下載μClinux—list的內核源代碼。運行解壓命令：將tar— xvfμClinux—dist.tar.gz解壓完畢后，就會生成/μClinux—dist目錄，加入該目錄后按如下順序編譯內核：

　　(1)make menuconfig;進入菜單方式配置指令;

　　(2)選擇所使用的平臺類型和所使用的庫

　　本文設計的目標板選擇：AnalogDevices/BF533一EZ—KIT和μC—libc庫。在配置欄中，選擇Load an AlternateConfiguration File，按確認，退出配置欄;

　　(3)make dep;尋找依存關系;

　　(4)make clean;清除以前構造內核時生成的所有目標文件、模塊文件和一些臨時文件;

　　(5)make lib_only;編譯庫文件;

　　(6)make user_only;編譯用戶應用程序文件;

　　(7)make tomfs;生成romfs文件系統;

　　(8)make image;生成鏡像文件然后通過Jtag口輸入到目標板;

　　(9)make;通過各個目錄的makefile文件進行，會在各目錄下生成一大堆目標文件。

　　在上述步驟完成后，就完成了對μClinux源碼的編譯工作。最后會在/μClinux—dist/images目錄下看到3個內核文件：linux.dxe，linux.bin和zlmage.bin。如果編譯不成功，需要根據編譯過程的提示信息找到錯誤并重新編譯，直到成功為止。