ARMLinux移植基本概念

ＡRＭ的嵌入式Ｌiｎｕx移植体验之基本概念日前，笔者作为某嵌入式AＲＭ(硬件）/Liｎuｘ（软件）系统的项目负责人,带领项目组成员进行了下述工作：ﻫﻫ（1）基于AＲＭ920T内核S3C2410ＡＨYPERLＩNK”hｔtｐ:／/www。qqreａd.coｍ/ｋeys／cpｕ/inｄex．htｍl"\t”_bｌａnｋ”CＰU的电路板设计；ﻫﻫ（２）AＲＭ处理下底层软件平台搭建:

ﻫa．Bootloader的移植；

ｂ.嵌入式Linｕx操作系统内核的移植;ﻫc．嵌入式Liｎｕｘ操作系统根文件系统的创建;ﻫd.电路板上外设HYPEＲLＩNK＂http：//wwｗ．qqｒead。ｃom/tａｇ/8５６／indｅｘ.html"\ｔ"_ｂlａnk＂Ｌiｎux驱动程序的编写.

ﻫ本文将真实地再现本项目开发过程中作者的心得，以便与宽阔读者共勉.第一章将简洁地介绍本AＲＭ开发板的硬件设计，其次章分析Bｏｏtloａdｅｒ的移植方法,第三章叙述嵌入式ｍｉziLiｎux的移植及文件系统的构建方法,第四章讲解外设的驱动程序设计,第五章给出一个已构建好的软硬件平台上应用开发的实例。ﻫﻫ如果您有嵌入式系统的开发基础，您将格外容易领悟本文讲解地内容。即便是您从来没有嵌入式系统的开发经历，本文读起来也不会生涩。您可以通过如下emａil与作者联系:２１cnbaｏ@21cｎ．com。ﻫ

2．ＡＲＭ体系结构ﻫﻫ作为一种RISＣ体系结构的微处理器，ARＭ微处理器具有RISC体系结构的典型特征。还具有如下增强特点：ﻫﻫ(l)在每条数据处理指令当中，都掌握算术规律单元(ALU）和移位器,以使ALＵ和移位器获得最大的利用率；ﻫﻫ（２）自动递增和自动递减的寻址模式，以优化程序中的循环;ﻫ

（３）同时Loａd和Ｓtｏre多条指令，以增加数据吞吐量；ﻫﻫ(4)全部指令都条件执行，以增大执行吞吐量。

ＡRＭ体系结构的字长为3２位,它们都支持Bytｅ（8位）、Halfｗｏｒd（１6位)和Ｗｏrd(３２位)3种数据类型。ﻫﻫARM处理器支持7种处理器模式，如下表:ﻫ大部分应用程序都在Useｒ模式下运行。当处理器处于User模式下时，执行的程序HＹPＥRLINK"ｈttp：／／ｗｗｗ。qqｒeaｄ。com/tａg/2055/index。ｈｔｍl＂\t”＿blank”无法访问一些被保护的系统资源，也不能转变模式，否则就会导致一次格外.对系统资源的使用由操作系统来掌握。ﻫﻫUser模式之外的其它几种模式也称为特权模式，它们可以完全访问系统资源，可以自由地转变模式.其中的ＦIQ、ＩＲＱ、supeｒvｉsor、Ａbort和uｎdefｉnｅｄ5种模式也被称为格外模式。在处理特定的格外时，系统进入这几种模式。这5种格外模式都有各自的额外的寄存器，用于避开在发生格外的时候与用户模式下的程序发生冲突。ﻫﻫ还有一种模式是sysｔem模式，任何格外都不会导致进入这一模式,而且它使用的寄存器和Ｕｓer模式下基本相同。它是一种特权模式，用于有访问系统资源恳求而又需要避开使用额外的寄存器的操作系统任务。ﻫﻫ程序员可见的AＲM寄存器共有37个:3１个通用寄存器以及6个针对AＲM处理器的不同工作模式所设立的专用状态寄存器，如下图:

ＡＲＭ9接受5级流水线操作：指令预取、译码、执行、数据缓冲、写回。ARM9设置了16个字的数据缓冲和4个字的地址缓冲。这５级流水已被很多的ＲIＳC处理器所接受，被看作RＩSC结构的＂经典".更多内容请看ＨYPERＬＩNＫ＂http：//ｗｗw.ｑqrｅａｄ.ｃｏｍ／ｚ/ｌｉnｕｘ／jiqｕｎ/inｄex．ｈtｍl”\ｔ＂_blａｎｋ"Ｌiｎux集群技术、ＨＹＰEＲＬINK"hｔtｐ：／/ｗwｗ。ｑqｒｅad．cｏｍ/z/liｎux／ｍ／indｅx。hｔml”\t”＿ｂｌａnk"体验Lｉnux的音影世界、HYPERLINK”httｐ://wｗｗ。ｑ/z／ｌｉnux/driveｒs／ｉｎｄeｘ．ｈtｍl"＼ｔ”_blank＂Ｌinuｘ驱动大全专题,或HＹPＥRLINＫ＂ｈttp:/／gｒoｕp.qqreａd．ｃom"\o"在这里你会得到众多高手的技术帮助＂\t"_ｂlaｎｋ”进入商议 组商议 。3．硬件设计

ﻫ3．1S３C2４1０A微掌握器

ﻫ电路板上的ARM微掌握器S3C2４10Ａ接受了ＡＲＭ92０Ｔ核,它由AＲＭ９ＴDMI、HＹPＥRＬIＮK＂httｐ://ｗww。qqread。coｍ／ｔａg/1235/ｉｎdex。htmｌ”\ｔ"_bｌaｎk"存储管理单元MＭU和高速缓存三部分组成.其中，ＭＭU可以管理HYPＥRLIＮK”httｐ:/／www。qｑ/ｚ/windoｗs/9９/ｉndex.htｍl”＼t＂＿blank＂虚拟内存，高速缓存由独立的1６KB地址和16KB数据高速Cacｈe组成。ARM92０T有两个内部协处理器：CP1４和CＰ15。ＣP１4用于调试掌握，CP１5用于存储系统掌握以及测试掌握.

ﻫＳ3C2４１0Ａ集成了大量的内部电路和外围接口：ﻫ

·LCD掌握器（支持SＴN和TFT带有触摸屏的ＨYPＥRＬINK"hｔtp：／／／z/lｃd/ｉｎdeｘ。hｔmｌ＂液晶显示屏）ﻫﻫ·SDRAM掌握器ﻫﻫ·３个通道的UARＴﻫﻫ·4个通道的DＭＡ

ﻫ·４个具有PＷM功能的计时器和一个内部时钟ﻫﻫ·８通道的１０位AＤCﻫﻫ·触摸屏接口ﻫﻫ·I2C总线接口ﻫﻫ·12S总线接口ﻫ

·两个UＳＢ主机接口ﻫﻫ·一个HYＰＥRLINK”ｈttp://wｗw．qｑread．com/ｔag/２862／ｉndｅｘ。hｔml"\t＂_blaｎk＂UＳB设备接口ﻫ

·两个ＳPI接口ﻫﻫ·SD接口ﻫﻫ·ＭMC卡接口ﻫﻫS3Ｃ2410Ａ集成了一个具有日历功能的RＴC和具有ＰLL（MＰLL和UＰLＬ)的芯片时钟发生器。MPLＬ产生主时钟，能够使处理器工作频率最高达到203MHz。这个工作频率能够使处理器轻松运行WiｎＣＥ、ＨYPEＲLINK"httｐ：/／ｗｗw．ｑqrｅad．ｃoｍ/linux/ｉｎdeｘ。html"\ｔ"＿ｂlaｎk”Ｌｉnuｘ等HYPＥRLIＮＫ"httｐ：//wｗw。ｑqrｅａｄ.ｃom/ｔａｇ/118２/ｉndｅx.hｔml”操作系统以及进行较为简洁的信息处理。UPLＬ则产生实现UＳＢ模块的时钟。ﻫ

下图显示了S3C2410Ａ的集成资源和外围接口：

我们需要对上图中的AHＢ总线和APB总线的概念进行一番解释.ARM核开发的目的，是使其作为简洁片上系统的一个处理单元来应用的，所以还必须供应一个ＡRM与其它片上宏单元HYＰEＲLINＫ"httｐ：//www．qqrｅａｄ.ｃｏｍ/z／ｔelecｏm/hot／iｎdｅｘ。ｈtmｌ"\t”_blaｎk”通信的接口。为了削减不必要的设计资源的浪费，ARＭ公司定义了ＡMＢA(AdｖancｅｄＭiｃrｏｃoｎtｒoｌlerBusAｒchiｔecｔuｒe)总线规范，它是一组针对基于ARＭ核的、片上系统之间通信而设计的、标准的、开放HＹPＥＲＬINK"ｈtｔp：／／wｗw．qｑread.cｏm/ｚ／ｐrotｏｃｏl/indeｘ.html”＼ｔ＂_blank"协议。ﻫﻫ在AＭBＡ总线规范中，定义了3种总线:ﻫﻫ(l）AＨＢ-AｄｖancedＨｉghＰｅrfoｒmａceBuｓ，用于高性能系统模块的连接，支持突发模式数据传输和事务分割；ﻫﻫ（2)ASB—AｄvanｃeｄSｙstemＢus，也用于高性能系统模块的连接，支持突发模式数据传输，这是较老的系统总线格式,后来由ＡHB总线替代;

(3)APB－AdvanｃedPeｒｉＰｈｅralBｕs，用于较低性能外设的简洁连接，一般是接在AＨB或ASB系统总线上的其次级总线。ﻫ

典型的AＭBA总线系统如下图：

S3Ｃ24１０A将系统的存储空间分成８个baｎｋ,每个ｂａnk的大小是12８M字节,共1Ｇ字节。Bａnk0到banｋ５的开头地址是固定的，用于RＯM或ＳRAM。ｂａｎk6和baｎｋ７可用于RＯM、ＳRAM或SＤＲAM。全部内存块的访问周期都可编程，外部Ｗａit也能扩展访问周期。下图给出了S3C2410Ａ的内存组织:ﻫ下图给出了Ｓ3C241０A的数据总线、地址总线和片选电路：ﻫSDRAM掌握信号、集成UＳＢ接口电路:ﻫ内核与存储单元供电电路（S3C2410Ａ对于片内的各个部件接受了独立的电源供应，内核接受1。８Ｖ供电,存储单元接受3.3V独立供电）：

JTＡG标准通过边界HYPERＬIＮＫ＂hｔtp：／/www.qqread.coｍ／tａg/3656/ｉｎdex．html”\t＂_blａnk"扫描技术供应了对电路板上每一元件的功能、互联及相互间影响进行测试的方法,极大地便利了系统电路的调试.

ﻫ测试接入端口ＴＡＰ的管脚定义如下:ﻫﻫ·TCK:专用的规律测试时钟，时钟上升沿按串行方式对测试指令、数据及掌握信号进行移位操作，下降沿用于对输出信号移位操作;

ﻫ·TMS：测试模式选择，在TCK上升沿有效的规律测试掌握信号;ﻫﻫ·TＤI：测试数据输入，用于接收测试数据与测试指令；ﻫﻫ·TDO：测试数据输出,用于测试数据的输出。ﻫ

S３C2４１0A调试用ＪTＡＧ接口电路：３。2SDRAＭ存储器ﻫﻫSDＲAM被用来存放HＹPＥＲLIＮK"http：//ｗｗw.qqreａd．coｍ／tag/1１8２/inｄeｘ.ｈtml"\t＂＿blank”操作系统(从HYＰERLIＮK＂http:/／wwｗ．qqread。coｍ／ｋeｙs/ｆlaｓh／iｎdex。htｍｌ"\t"＿blａnk”FLＡＳH解压缩拷入)以及存放各类动态数据，接受SAMSUNG公司的K４S5６１６32，它是４Ｍｘl６bｉtx4banｋ的同步DRＡＭ，容量为32ＭＢ。用2片Ｋ4S56１632实现位扩展，使数据总线宽度达到32biｔ，总容量达到64MB，将其地址空间映射在Ｓ３Ｃ2４10Ａ的ｂank6.ﻫﻫＳDRAＭ全部的输入和输出都与系统时钟ＣＬK上升沿同步，由输入信号RAS、ＣAS、WE组合产生SＤRAM掌握命令，其基本的掌握命令如下:ﻫSＤRＡＭ在简略操作之前首先必须通过ＭＲS命令设置模式寄存器,以便确定ＳDRAM的列地址延迟、突发类型、突发长度等工作模式;再通过ACＴ命令激活对应地址的组，同时输入行地址；然后通过ＲＤ或WR命令输入列地址,将相应数据读出或写入对应的地址;操作完成后用ＰCH命令或BT命令中止读或写操作。在没有操作的时候，每隔一段时间必须用ＡRＦ命令刷新数据,防止HYPERLINK＂http：//wｗw。ｑqreaｄ.ｃom／ｔag／181７/iｎdeｘ．htmｌ”\t”＿blank＂数据丢失.ﻫﻫ下图给出了ＳDＲAＭ的连接电路：ﻫ３。３ＦLAＳH存储器

ﻫNOR和NANＤ是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。

ﻫNOR的特点是芯片内执行（XIＰ,ExｅｃuｔeＩnＰlaｃｅ）,即应用程序可直接在Ｆlash闪存内运行，不必把代码读到系统ＲAM中。ＮOR的传输效率很高，在1~4ＭＢ的小容量时具有很高的成本效益,但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。

ﻫNAＮD结构能供应极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快.应用NAND的困难在于Ｆlａsh的管理和需要特殊的系统接口,S３C241０Ａ内嵌了ＮANDＦLＡSH掌握器.

ﻫS3Ｃ２410A支持从GCS0上的NORＦＬASＨ启动(１6位或32位)或从NANDFLAＳH启动,需要通过OM0和ＯM１上电时的上下拉来设置：

在系统中分别接受了一片ＮORFＬASH（28Ｆ６4０）和NANＤＦＬAＳＨ（Ｋ9S1２0８），电路如下图：3.4串口ﻫﻫＳ3C2410内部集成了UＡRT掌握器，实现了并串转换。外部还需供应ＣMＯS／ＴTL电平与RＳ232之间的转换：ﻫ３。5以太网ﻫ

以太网掌握芯片接受CIRRＵSLＯGIC公司生产的CS8900A,其突出特点是使用灵敏,其物理层接口、数据传输模式和工作模式等都能依据需要而动态调整,通过内部寄存器的设置来适应不同的应用环境。它符合IEEE803.３以太网标准，带有传送、接收低通滤波的10Base—T连接端口，支持10Bａsｅ2,10Base５和１0Bａsｅ-F的ＡUI接口，并能自动生成报头,自动进行CRＣ检验,在冲突后自动重发.ﻫ

CＳ８９00Ａ支持的传输模式有I/Ｏ和Ｍｅｍory模式。当CS890０Ａ有硬件复位或软件复位时，它将默认成为8位工作模式。因此，要使CS８９0０Ａ工作于16位模式，系统必须在访问之前供应应总线高位使能管脚(/ＳBHE）一个由高到低、再由低到高变化的电平。ﻫ

3。6USB接口

ﻫUＳB系统由USB主机(UＳBHｏsｔ）、ＵＳB集线器（UＳBHuｂ）和HＹＰERLＩＮK”ｈttp:/／www.qqｒeaｄ．com/tag／28６２/inｄeｘ．html”\t＂＿ｂｌａnk＂USB设备(USＢDevice)组成。ＵSB和主机系统的接口称作主机掌握器(ＨｏstContrｏlleｒ)，它是由硬件和软件结合实现的.根集线器是综合于主机系统内部的，用以供应USＢ的连接点。ＵＳＢ的设备包括集线器(Ｈｕb）和功能器件（Fuｎctiｏｎ)。ﻫﻫS3C2410A集成了ＵSBｈost和USBｄｅvice，外部连接电路如下图：3.7电源ﻫ

LDO(LowDrｏpｏｕｔ）属于DＣ／DC变换器中的降压变换器，它