ARM地最小系统构架

实用标准文案S3C44B0X 的最小系统构架一、前言ARM7TDMI 是世界上广泛使用的 32位嵌入式 RISC处理器，是目前用于低端的 ARM处理器核。它的高性能，低功耗，廉价和精简的程序代码一直是市场上的领先者。 ARM公司研发了针对 ARM图形化的编译器， 连接器和调试器， 这为整个嵌入式系统的开发调试提供了较好的环境。 SamsungS3C44B0 微处理器是三星公司提供的高性价比和高性能的微控制器解决方案，它使用 ARM7TDMI 核，从SamsungS3C4510B 停产后，SamsungS3C44B0X 更成为同类芯片的主流。现今许多嵌入式系统要实现复杂的功能都需要操作系统支持，有了操作系统的支持，编写特定的应用程序就比较容易了。本文以 uClinux 最新源代码包为基础，修改代码以适合S3C44B0X 的系统，包括启动程序 bootloader ，Linux内核源代码修改，根文件系统的定制。二、硬件架构一个最小的嵌入式系统包括以下几个部分： CPU、SDRAM、FLASH。但为了调试方便本文介绍的系统带了网口和串口，网口用于传输数据大批量数据，串口用于传输字符数据，这样就可以和主机通信了。硬件框图如图 1所示。精彩文档实用标准文案图1系统硬件框图系统实验板主要芯片 (CPU，UART，FLASH(ROM) ，ETHERNETSDRAM) ，管脚连接如图2所示。图2S3C44B0X与SDRAM，Flash，以太网口，串口的连接图三、软件架构基于uClinux 的嵌入式系统软件一般由三部分构成：启动程序 (bootloader) 、内核文件(kernel)、根文件系统(rootfs) 。uClinux 源代码包含程序库， Linux内核和根文件系统所需要的应用程序源代码，而启动程序要自己编写。启动程序先初始化 CPU，然后引导 uClinux 操作系统，操作系统引导起来后会加载根文精彩文档实用标准文案件系统，加载根文件系统有几种方式，这里采用 blockmemory 技术(可以避免在启动时传递内核rootfs 位置的参数)。根文件系统使用 romfs 文件系统，这种文件系统相对简单， 很适合嵌入式系统的应用。这三部分在 FLASH和内存的分配地址如图 3和图4所示。图3flash地址分配图4内存地址分配最难调试的部分应该是启动程序部分；对于以后的内核可以根据串口输出的错误信息来判断。笔者采用 ARM公司的调试工具 AXD来调试bootloader 。精彩文档实用标准文案1.启动程序(bootloader)bootloader 有两大功能：初始化CPU和引导Linux内核(采用将压缩内核拷贝到内存解压方法，这样可以加快启动速度 )。初始化CPU中断向量ARM要求中断向量表必须放置在从 0地址开始，连续 8×4字节的空间内。每当一个中断发生以后，ARM处理器便强制把 PC指针置为向量表中对应中断类型的地址值。因为每个中断只占据向量表中 1个字的存储空间， 只能放置一条 ARM指令，使程序跳转到存储器的其他地方，再执行中断处理。所以0地址开始的地方，分配为flash的空间，在0地址开始处放中断向量， 作为uClinux的启动代码，实现方式如下：b resetaddpc,pc,#0x0c000000addpc,pc,#0x0c000000addpc,pc,#0x0c000000addpc,pc,#0x0c000000addpc,pc,#0x0c000000addpc,pc,#0x0c000000addpc,pc,#0x0c0000000x0c000000 为内存起始地址， uClinux 将中断向量放入地址 0x0c000008 ，因为cpu发生中断时仍然会跳转到 0地址处的中断向量表中去，所以此处要修改中断向量表的地址，使程序能正确跳转到 uClinux 实现的中断向量处。 由于ARM系统的三级流水线技术， 当程精彩文档实用标准文案序执行到x地址处，pc指针的值其实等于 x+8。在uClinux 中相关代码如下：#ifdefCONFIG_ARCH_S3C44B0#undefvectors_base()#definevectors_base()(0x0c000008)#endifaddpc,pc,#0x0c000000 这条语句将会有 8的偏移量，当 pc等于0时，这条指令的执行结果为 pc=0x0c000008 。中断处理这段reset代码放在 flash中。这样系统每次复位后，会执行 flash上的reset代码。初始化存储器系统初始化堆栈在初始化堆栈时应该特别注意，堆栈指针地位置一定不能和其他程序的地址相冲突，否则程序很容易异常。初始化有特殊要求的端口，设备初始化用户程序执行环境改变处理器模式调用主应用程序引导Linux内核主应用程序里放操作系统引导程序的代码， 一般此处应该传递给 Linux内核启动参数 (如ramdisk 的位置等)，但程序加载内核使用 blockmemory 技术，所以不用传递参数来加载精彩文档实用标准文案根文件系统 rootfs 。只要将Linux内核和rootfs 从flash(如图1)拷贝到内存中相应位置 (如图2)。拷贝完成后跳转到内核入口地址处执行。具体方法是用将压缩内核的地址转换成函数的指针，并传递处理器号ARCH_NUMBER。这在uClinux内核源代码的目录文件中定义：s3c44b0ARCH_S3C44B0S3C44B01782.uClinux 系统内核uClinux 的官方网站发布的最新 uClinux 移植包是uclinux-dist-20040408 ，它包含了三星S3C4510B 的源代码，可以将它移植到 S3C44B0平台下。具体内核源代码的改动如下 (其中出现的内存地址可以参考图 4)。(1)Linux 内核编译配置选项文件 中：#SystemTypeCONFIG_ARCH_MBA44B0=yCONFIG_NO_PGT_CACHE=yCONFIG_CPU_32=yCONFIG_CPU_ARM710=yCONFIG_CPU_WITH_CACHE=yCONFIG_SERIAL_44B0=yDRAM_BASE=0x0c000000#SDRAM 起始地址DRAM_SIZE=Ox01000000#SDRAM 大小16M精彩文档实用标准文案FLASH_MEM_BASE=0x00000000#FLASH 起始地址FLASH_SIZE=0x00200000 #FLASH大小2M以后的make都以CONFIG_ARCH_S3C44B0=y 这选项来解决是编译和 $3C4480 相关的其他选项。(2)处理器MAKEFILE文件文件 中：ifeq($(CONFIG_ARCH_S3C44B0),y)TEXTADDR=0x0c008000MACHINE=s3c44bOendifTEXTADDR=0x0c008000# 表明未压缩的内核的位置 ：ifeq($(CONFIG_ARCH_S3C44B0),y)ZRELADDR =0x0c008000ZTEXTADDR =0x0c300000endifZRELADDR=0x0c008000# 表明未压缩的内核的位置ZTEXTADDR=0x0c300000# 表明压缩内核的位置中断向量地址文件 中#ifdefCONFIG_ARCH_S3C44B0#undefvectors_base()精彩文档实用标准文案#definevectors_base()(0x0c000008)#endif内存地址为 0x0e000008 的原因在启动程序一处已经提到过。处理器基本参数和类型文件 中MACHINE_START(MBA44B0,"S3C4480")MAINTAINER("MacWang")BOOT_MEM(0x0c000000,0x01c00000,0x01c00000)BOOT_PARAMS(0x0c000100)INITIRQ(genarch_init_irq)MACHINE_END其中MACHINE_START(MBA44B0,"S3C44B0") 的"MBA4480" 是在asm/mach-types.h里定义的平台类型BOOT_MEM(0x0c000000 ，0x01c00000 ，0x01c00000) 指定了启动的 RAM地址0x0c000000 ，特殊功能寄存器地址 0x01c00000 ，BOOT_PARAMS(0x0c000100) 表示内核参数的传递地址。文件 中：s3c44b0ARCH_S3C44B0S3C44B0178178是arch_number在跳转到内核时， r0=0，r1=arch_number网络驱动这里采用的芯片是 RTL8019AS，数据宽度用的是 8位，它和 ne2000 兼容，所以只要精彩文档实用标准文案修改ne2000 的源代码(I/O起始地址、中断向量号、数据宽度 )就可以实现网口的驱动了。文件 中：dev->base_addr=base_addr=NE2000_ADDR ；dev->irq=NE2000_IRQ_VECTOR ；NE2000_ADDR 和NE2000IRQ_VECTOR 分别是RTL8019AS 的I/O起始地址和中断向量号，根据硬件连接改成相应的值。 ne_probel 函数中wordlength=2 代表数据宽度为 16位，改为 wordlength=1 代表数据宽度为 8位。(6)用blockmemory 指定地址对rootfs 的加载一般有两种方式，用 initrd 技术和blockmemory 。这里用blockmemory 技术指定 romfs 的地址。(makemenuconfig 时选定romfs 和romdisksupport)文件 中：arena[]={#ifdefCONFIG_ARCH_S3C44B0{0,0x0CC00000,-1},#endif这样只要将 mmfs 加载到相应的地址 0x0CC00000 ，内核就可以找到。修改完成后，编译内核(makemenconfig) 时要选择支持 ramdisk 和blkmem 。ne2000网卡驱动，romfs 和ramfs 文件系统，TCP/IP协议的项。3.根文件系统(rootfs)uClinux 源代码包里有直接生成 rootfs 的工具，它所采用的是 romfs 格式的文件系统。精彩文档实用标准文案定制romfs 时选择一些基本的 shell命令，包括文件系统的一些命令，用户可根据需要选择自己需要的命令。 笔者选择了 telnet 服务器程序(有利于从远程主机登录到系统上 )，ftp服务器和客户端命令等网络程序。最后要结合自己的应用来编写一个 uClinux 操作系统下的应用程序。有了 uClinux 操作系统的支持，应用程序的编写就比较容易了。 嵌入式uClinux 系统下的应用程序和 PC机上Linux系统下的编程相似，区别只是调用的库函数不一样。 PC机上调试程序比较容易，可以先在PC机上调试代码，再从X86机移植程序到 ARM处理器。在移植过程种应注意内存奇地址问题，在 X86机上将4字节长的数据存放在一个内存奇地址上一般不会有问题，但在ARM处理器执行时就会产生异常。在Linux下有各种开源的代码，它们功能都比较完善，只要移植到uClinux下就可以了。这大大地增加了嵌入式系统地开发效率。在uClinux-dist源代码包的usr目录下增加自己的程序文件夹，该文件夹内存放所需的程序和MAKEFILE文件。因为上一级目录的MAKEFILE会对子文件夹内的每个文件夹调用MAKE，所以在上层目录编译 romfs 时，就可以把这个程序放入根文件