Boot在ADSP-BF533上的移植

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ADSP-bF533处理器是ADI公司新推出的一款blackfin系列DSP，他具有2个MAC，集成了大量的外围设备和存储器接口，最高处理速度高达750 MHz，每秒运算速度最高达到1 500 MMAC(兆次乘法加法运算)，适用于各种视频、音频、通信领域；另外该系列处理器所采用的微信号体系结构使其集DSP和MCU的功能于一身，大大方便了开发者的使用。U-boot(Universal boot Loader)是遵循GPL条款的开放源码项目，由德国工程师Wolfgang Denk从8xxROM代码发展而来，已经在许多嵌入式系统开发过程中被采用。U-boot的源代码配置裁剪方法简单、易于移植，提供十分强大的网络功能，支持多种文件格式的下载，其软件项目经常更新，最新的U-boot 1.1.6支持的处理器体系结构包括有ARM，Intel i386，Intel XScale，MIPS，blackfin，MPC，NIOS，NIOS 2和PowerPC。将U-boot移植到blackfin系列的DSP之上，发挥出U-boot这一bootloader所具有的优势，在基于DSP芯片的嵌入式系统的后续开发中，降低开发难度，缩短开发周期。本文将介绍U-boot在ADSP-bF533上移植的实现过程。1 移植实例此次移植是在基于ADSP-bF533的evb533开发板上实现，以Colinux(Cooperative Linux)作为编译的平台完成。所用的开发板的主要配置如下：处理器：基于blackfin体系结构的ADSP-bF533；FLASH：1 M×16 b共2 MbAMD AM29LV160Db(NOR FLASH)；SDRAM：16 M×16 b共32 M，HY HY57V651620bTC10P；以太网控制器：CIRRUS LOGIC CS8900A-CQ3；串行通信接口：2个标准RS 232接口；以太网接口：1个RJ-45以太网接口；调试接口：1个14针JTAG接口；仿真器：Embest DSP仿真器EasyIce。1.1 交叉编译工具链以及编译平台关于交叉编译工具链的选择，可从blackfin网站下载编译器的源代码binutils，elf2flt，gcc，编译得到支持black-fin系列的交叉编译器，编译过程如下所示：关闭当前所有的终端窗口之后，再打开终端窗口，输入bfin-uclinux-gcc-version并回车，如果能看到有输出“bfin-uclinux-gcc(GCC)3.4.4”即代表交叉编译环境的安装工作结束。编译的平台Colinux是一种对Linux kernel的移植，让一台机器可以协同运行不同的操作系统，Colinux不同于VMware等虚拟机器，其本身并不是模拟一台PC，而是透过他本身的特殊设计，让在其中运行的Linux kernel直接使用windows的硬件资源。1.2 下载最新的U-boot源代码U-boot项目注册在SourceForge.net中，项目的主页位于http：／／sourceforge.net／projects／u-boot／，提供了U-boot的最新稳定发行版本源代码的下载。目前最新稳定发行版本是u-boot-1.1.6，该发行版本加入了对blackfin系列处理器的支持。在其源代码包中，部分目录结构如下：board目录下是U-boot目前已支持的目标板相关文件；CPU目录下是U-boot支持的CPU体系结构的相关文件，本文相应处理器所需要的相关文件是bf533目录；drivers目录下是开发板上一些通用设备的驱动程序；include目录下是U-boot所需要的头文件，其中的configs子目录放置的是对应开发板的配置文件；lib_blackfin目录下放置的是与blackfin体系结构相关的代码。1.3 移植时需要修改的文件移植所需要修改的文件可以参照U-boot源代码包中已经支持的ezkit533目标板中的对应文件。(1)修改顶层目录下的Makefile和MAKEALL脚本，为要进行移植的目标板添加相应的条目，首先是为该bf533芯片所在的实验板建立编译项：编译项中的mkconfig是uboot源码顶层目录中的shell脚本，他的主要任务是完成对evb533开发板的配置；参看其脚本，完成的配置包含的主要是建立该开发板所需要的一些头文件，修改uboot配置来适应具体的开发板。该连接脚本具体包含以下4个方面：创建新的配置文件；创建该实验板对应的体系结构头文件到／include下／asm之间的硬链接(使用ln命令)；创建make所需要的include文件；创建开发板所需要的头文件，在evb533开发板上主要是将include目录下的configs／evb533.h的内容写到config.h文件中。 (2)在board子目录中建立evb533目录，该目录下应该包含几个特定的文件，应该包含Makefile，evb533.c，flash.c，config.mk和u-boot.lds。其中evb533.c是对目标板的初始化代码；flash.c是目标板所使用FLASH的驱动代码；Makefile与config.mk来完成本层目录的make-file文件管理；u-boot.lds是最终连接成u-boot.bin文件是所使用的连接脚本。(3)新建include／configs／evb533.h配置文件，针对要进行移植的目标板进行正确配置。 (4)在drivers子目录中加入实验箱所使用的网卡设备的驱动cs8900.c和cs8900.h。完成这4处的文件修改后，就可以运行make evb533_config对开发板进行配置，然后运行make编译成目标板可用的u-boot.bin文件。通过将Embest DSP仿真器EasyIce连接到开发板JTAG口，将该bin文件烧写到FLASH零地址，烧写完成后，重启开发板，在串口中返回“evb533>”信息，代表U-boot移植运行成功。本文所移植的U-boot目前已稳定地运行在EduKitⅢ嵌入式实验箱上。通过U-boot可以实现串口、网口与PC通信，查看、修改FLASH和SDRAM，引导μClinux嵌入式系统等功能。2 移植难点和重点在此次移植的过程中，移植的难点在于FLASH设备和网卡设备的驱动，以及创建目标板的配置文件include／configs／evb533.h。下面详细介绍这几个难点中要注意的一些问题。2.1 FLASH的驱动编写U-boot上FLASH配置的修改不仅和容量有关，还和具体型号有关，FLASH的烧写和擦除一般不具有通用性，应查看厂家的使用说明书，针对不同型号的存储器作出相应的修改。修改过程中，需要了解FLASH擦写特定寄存器的写入地址、数据命令以及扇区的大小和位置，以便进行正确的设置。本文所使用的开发板中的evb533核心子板所使用的FLASH的型号是AM29LV160Db，为nor FLASFI，大小为2 Mb。针对U-boot的FLASH移植需要编写以下一些接口函数列表如下：flash_init()完成将flash设备信息赋值给flash_info_t*info结构体的功能，如确立FLASH的各个sector的起始地址，标记需要保护的sector块。flash_info_t数据结构如下所示(只列出部分)：flash_print_info()主要完成向终端打印flash id信息，如成功识别flash会得到如下输出“AMD AM29LV160Db(2 Mb)16 kb，2×8 kb，32 kb，31×64 kb”；flash_erase()完成擦除flash的工作；write_buff()完成将ram中的数据向flash的写操作；read_data()完成flash的读操作。以上3个接口函数需要详细地参考对应FLASH的数据手册，严格按照数据手册规定的指令序列完成对应操作，以取得FLASH设备的id为例，需要在1～3个总线周期分别向FLASH的0x555地址写入0xaa，0x2aa地址写入0x55，0x555地址写入0x90，第4个总线周期时从FLASH的0x001地址读出改FLASH的id信息。除这些标准接口函数外，还要完成对FLASH中的poll data与toggle bit功能的查询，这2者都是用来反映FLASH的操作状态。2.2 添加网卡设备控制程序在drivers／目录中添加网卡设备控制程序cs8900.c和cs8900.h，其中cs8900.c主要包括函数为：int eth_init(bd_t*bd)，初始化网络设备；void eth_halt(void)，关闭网络设备；int eth_send(volatile void*packet，int len)，发送数据包；int eth_rx(void)接收数据包。2.3 编写开发板的配置头文件在移植过程中，最容易出错的地方就是关于目标板头文件的配置，头文件的各项配置，关系到CPU的时钟设置正确与否，开发板上各个设备(如串口、网卡、FLASH等)能否正常运行，操作系统能否正确引导等诸多方面。下面以evb533目标板编写的配置头文件include／configs／evb533.h为例，讲解一些重要的配置选项的意义和用法，同时这些配置方法也适合于其他的开发板配置：CONFIG_DRIVER_CS8900，用于设置目标板上的以太网控制器模块。由于目标板上使用CS8900A作为以太网控制器，因此定义此选项为1，在编译U-boot时增加对CS8900A的驱动，同时设置CS8900_bASE为CS8900A内部的RAM映射到bF533的存储空间中的基地址0x20380300。CONFIG_IPADDR用于设置目标板的IP地址；CON-FIG_ETHADDR用于设置CS8900A的MAC地址；CON-FIG_NETMASK用于设置子网掩码；CONFIG_SERVER-IP用于指定运行TFTP服务器的PC的IP地址。CONFIG_bOOTCOMMAND用于指定在CONFIG_bOOtdELAY所指定的自动引导延时结束之后执行的默认引导命令，这里指定为”bootm 20030000”，即执行已经下载到20030000地址处的zImage文件。CONFIG_bOOTARGS定义U-boot在启动的时候所用到的一些参数。CONFIG_CLKIN_HZ定义ADSP-bF533的晶振频率，作为其他时钟频率的基数，如CONFIG_CCLK_HZ，CONFIG_SCLK_HZ等。CFG_SDRAM_bASE定义bf533的SDRAM的基址#0x00000000，CFG_FLASH_bASE定义了bf533的FLASH的基址0x20000000，还定义了FLASH的大小CFGl_FLASH_SIZE等。除此之外，还有关于串口的一些参数定义等，在此不再详述。3 结语本文详细的介绍在bF533上移植U-boot的工作步骤及难点。前期的移植工作是嵌入式系统开发的必要环节，bootloader的稳定运行对于后期如Linux上内核的调试，Linux设备驱动的开发有重要意义。只有在此基础上才可以进行更深入的嵌入式系统开发，希望本文能为做相关工作的开发者提供参考。