一种嵌入式ARM开发平台设计与实现

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                    ??? 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可以裁剪来适应系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗要求严格的专用计算机体系。随着各种微处理器功能的完善以及软件上操作系统的支持，使得嵌入式系统有了完整的体系架构。
　　在专用的嵌入式板上运行操作系统需要利用BootlOAder来引导加载内核和系统程序。Bootloader主要实现初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而把嵌入式硬件和嵌入式操作系统很好地衔接起来。
　　根据IEEE（电气和电子工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能，对可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的。与目前常见的嵌入式操作系统如Vxworks，QNx，Windows CE，Palm Os等相比，嵌入式Linux操作系统以价格低廉、功能强大而且易于移植被广泛地使用到各种嵌入式设备当中。
　　AT91RM9200处理器，是由Atmel公司开发的基于ARM920T内核的微处理器，带有MMU，CPU时钟最高可达240 MHz，有着丰富的标准接口、EBI接口，内部集成了静态存储控制器、SDRAM控制器、Burst Flash控制器等。SDRAM采用两片hy57v651620b芯片，组成32 bit通道，大小一共16 MB，Flash采用Intel Js28f128芯片，容量为16 MB。网络芯片采用dm9161a。系统硬件平台的原理，如图1所示。



　　1 U-Boot移植
　　对于AT91RM9200，系统上电时，通过检测BMS来选择系统的启动方式，如果BMS为高电平，则系统从片内ROM启动，如果BMS为低电平，则从片外的Flash启动。在没有移植U-Boot到Flash之前，只能选择片内ROM启动。AT91RM9200的ROM固化了一个Bootloarder程序，这个Bootloader主要完成一些相应的初始化工作，并且运行Xmodem协议等待接收Loader.bin映像。其中Boot.bin主要实现的任务是把Flash中的U-Boot拷贝到内存中执行。AT91RM9200应用于数据采集传输，自动控制，工业应用，微型嵌入式终端等
　　U-Boot的源代码可以到官方网站下载。文中所用的版本是U-Boot-1.1.1，对AT91RM9200的芯片完全支持，由于具体硬件的不同，需要做一定的修改。支持AT91RM9200代码在BOARD／AT91RM9200 目录下面，主要有AT91RM9200DK.c，Flash.c，U-Boot.lds，Con-fig.mk几个文件。主要做的修改如下：
　　（1）修改Config.mk中的Tex_base为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，需要在代码里添加对本系统芯片的支持。在U-Boot的代码中Strong ARM架构里的xm250，它的代码是支持Intel Flash的，可以参考相应代码实现移植；
　　（3）修改头文件 include／Configs／AT91RM9200dk.H，主要修改的是针对SDRAM以及Flash的参数配置：将phys_sdram设置成0x20000000，这个是SDRAM的起始地址，phys_flash_sdram_size设置为0x1000000，SDRAM容量为16 MB。扇区的总数cfg_max_flash_sect相应设置为128。
　　最后在Linux里安装交叉编译器，笔者用的交叉编译器的版本是2.95.3，编译代码，生成U-Boot.bin文件。U-Boot启动后显示，如图2所示。



　　2 Linux2.6.20内核移植
　　2.1 Linux内核版本选择
　　Linux是Linus Torvalds本人偶然通过互联网在自由组合的骇客团队的帮助之下写的Unix的同系版本。它的目标是遵循?? POSIX（Portable Operating System Interface for Computer Environment--计算机环境的可移植操作系统界面）标准。
　　Linux具有你所期望的在一台现代的完全整合Unix的机器上的所有功能。其中包括：真正的多任务（执行），虚拟内存，共享库，按需装载（内核），共享‘拷贝-写’的可执行性，独特的内存管理以TCP/IP协议下的网络协作。
　　Linux是被分配给GNU普通公众许可证发行的。要得到更多细节信息请参考附加拷贝文档。
　　Linux首先是在基于386/486体系结构发展起来的。近些日子Linux也同样能够运行于DEC Alphas, SUN Sparcs, M68000 machines （类似 Atari and Amiga），? MIPS and PowerPC之上。
　　Linux内核版本更新速度非常块，现在最新的版本已发展到了2.6.26.3。与2.4内核相比，2.6内核稳定性更好、对于总线、文件系统、块设备支持、多媒体、网络安全性等方面都有了更好的支持，因此笔者选择移植功能和可靠性都比较欧成熟的Linux2.6.20版本到本系统中。对Linux2.6.20源代码打上支持AT91RM9200处理器的补丁之后，内核就可以支持AT91RM9200处理器了。
　　文档资料：
　　2.2 交叉编译环境的建立
　　采用的交叉编译工具为ARM-Linux-Gcc3.4.1，这是目前比较通用支持编译2.6内核的交叉编译器，完全支持编译2.6内核，在开发平台上将交叉编译器安装好，并配置好环境变量Path=$Path：／Usr／Local／Arm／3.4.1／Bin。
　　2.3 解决Machine Id问题
　　在U-Boot的代码中，支持的AT91RM9200的Machine类型为25 1、262两种，这两种在Include／asm-arm／mach-types.h定义为mach_type_AT91RM9200和mach_type_AT91RM9200dk，在U-Boot中board.c中采用的是第一种，而在Linux2.6.20内核代码中arh／Arm／Math-AT91RM9200使用的类型却为AT91RM9200DK，也就是第2种。因此在启动的时候会出现Machine不匹配的问题，解决问题的办法就是更改U-Boot或者Linux内核的代码，使其Machine类型相匹配。
　　2.4 Nor Flash的地址安排
　　笔者采用的Flash为16 MB NOR Flash，为了实现层次文件系统，需要增加NOR Flash MTD驱动支持，具体地址安排，如图3所示。



　　在Dirvers／MTD／Maps／里增加AT91 RM9200.c文件，作为自己的分区代码，并且编译进内核。
　　2.5 编译内核
　　首先要修改内核内核目录下MAKEFILE文件，编译器修改为安装好的交叉编译器，即Arch?=ARM和Cross_Compile?=ARM-Linux-，然后运行命令make AT91RM9200DK_Defconfig，配置好内核。如果需要修改一些具体的配置，可以运行makeMenuconfig命令进入如下菜单进行配置。配置好内核之后运行make Image命令，编译生成内核镜像Vmlinux，最后用Mkimage工具生成Uimage。



　　2.6 制作Ramdisk文件系统
　　Linux采用文件系统组织系统中的文件和设备，为设备和用户程序提供统一接口，因此Linux启动还需要有根文件系统……Ramdisk是通过计算机的内存用作设备来创建和挂在文件系统的一种驱动机制，它通常用于无盘系统。根文件系统通常包括一下目录内容：／Dev（设备目录）；／Proe（Proe文件系统目录）；／Etc（系统配置文件）；／Sbin（系统程序的目录）；／Bin（系统应用程序，通常由busybox来实现）；／Lib（共享库文件）；／Mnt（装在其它磁盘节点的目录）；／Usr（附加应用程序的目录）。
　　3 结束语
　　ARM9作为新一代处理器有着更高的性价比、更低的功耗、执行速度更快、性能更高、应用范围更加广泛的特点；基于AT91RM9200微控制器的硬件嵌入式开发平台，可以根据具体需要，应用于嵌入式教学实验以及嵌入式产品开发等多种场合中，具有广阔的发展前景。