ARM地最小系統(tǒng)構(gòu)架

1、S3C44B0X 的最小系統(tǒng)構(gòu)架一、前言ARM7TDMI是世界上廣泛使用的 32位嵌入式RISC處理器，是目前用于低端的 ARM處 理器核。它的高性能，低功耗，廉價和精簡的程序代碼一直是市場上的領(lǐng)先者。ARM公司研發(fā)了針對ARM圖形化的編譯器，連接器和調(diào)試器，這為整個嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試提供 了較好的環(huán)境。Samsung S3C44B0微處理器是三星公司提供的高性價比和高性能的微控制 器解決方案，它使用 ARM7TDMI 核，從 SamsungS3C4510B 停產(chǎn)后，SamsungS3C44B0X 更成為同類芯片的主流?，F(xiàn)今許多嵌入式系統(tǒng)要實現(xiàn)復(fù)雜的功能都需要操作系統(tǒng)支持，有了操作系統(tǒng)的支持

2、，編 寫特定的應(yīng)用程序就比較容易了。本文以uCIinux最新源代碼包為基礎(chǔ)，修改代碼以適合S3C44B0X的系統(tǒng)，包括啟動程序 bootloader ，Linux內(nèi)核源代碼修改，根文件系統(tǒng)的定制。二、硬件架構(gòu)一個最小的嵌入式系統(tǒng)包括以下幾個部分：CPU、SDRAM、FLASH。但為了調(diào)試方便本文介紹的系統(tǒng)帶了網(wǎng)口和串口，網(wǎng)口用于傳輸數(shù)據(jù)大批量數(shù)據(jù)，串口用于傳輸字符數(shù)據(jù)，這樣就可以和主機通信了。硬件框圖如圖1所示。SDRAMRJ45Power inFLASH圖1系統(tǒng)硬件框圖系統(tǒng)實驗板主要芯片 (CPU, UART，F(xiàn)LASH(ROM)，ETHERNETSDRAM)，管腳連接如圖 2 所示。SYS

3、TEMMCUPRESETBOS1ZE0.11LITTLE CLKSEL CLKOEN TWODO nTHST TOF IMS TCK TOO CPUMP(0.21 UCLKnRESET SOSIZEJD 11 UTTLE CLKSEL CLKOEN mooo nTRSTUHTWB TCKTOOCPlMP(0.21 UCIKnOE i nRCSO | riWBEp.3j 1 ADDR0 I XDATAI0 .31彳ROMtnRESET nOE riRCSO nWB 眄 H ADDRfO.JS XDATAjC 15UAFITUAFDffiOUARXD1 UCXDO UATXD1 nUADSRO O

4、UADSR1 nUADTRO nUATXffilIMRXDO IWRXD； IMTOO IMTXD1 nUADSRD I1UADBR1 nUADTRD flUADTRlROMSCHSDRAMETHERNETRXDQ RXDV RXCLK RXER IXCLK COL CRS :nRESET MD1O MDC TXOPM 7XEN TXERRXD10 31 RXDV RXCLK RXER 7XCLX COLCRSworo MDCIX如 31 TXENSDCIXMCLKO) nDWE nRASP .3 nCASEC 3* SDCLK 卜 nDWE 卜nRAS0勻 nCASfO Znweeto at

5、RDDRfO.13131圖2 S3C44B0X與SDRAM, Flash，以太網(wǎng)口，串口的連接圖 三、軟件架構(gòu)基于uCIinux的嵌入式系統(tǒng)軟件一般由三部分構(gòu)成：啟動程序(bootloader)、內(nèi)核文件(kernel)、根文件系統(tǒng)(rootfs)。uClinux源代碼包含程序庫，Linux內(nèi)核和根文件系統(tǒng)所需要 的應(yīng)用程序源代碼，而啟動程序要自己編寫。啟動程序先初始化 CPU,然后引導(dǎo)uCIinux操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)引導(dǎo)起來后會加載根文件系統(tǒng)，加載根文件系統(tǒng)有幾種方式，這里采用blockmemory技術(shù)(可以避免在啟動時傳遞內(nèi)核rootfs位置的參數(shù))。根文件系統(tǒng)使用romfs文件系統(tǒng)，這種

6、文件系統(tǒng)相對簡單，很適 合嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。這三部分在FLASH和內(nèi)存的分配地址如圖3和圖4所示。0x000000 丄2SOiOMOOO .Sool 1oader0x100000.roofs, LAg*圖3 flash地址分配QjtOcQOOQOO 亠Q 謳 WOQQ9 :申斷向ItOxOlcOOOOO內(nèi)離啟動效OiOcOOSOOO鮮壓蟠的內(nèi)按OiOcSOOOOOp壓編內(nèi)核OxOccOOOOO 亠iT權(quán)文件系蜒圖4內(nèi)存地址分配最難調(diào)試的部分應(yīng)該是啟動程序部分；對于以后的內(nèi)核可以根據(jù)串口輸出的錯誤信息來 判斷。筆者采用 ARM公司的調(diào)試工具 AXD來調(diào)試bootloader。1. 啟動程序(bo

7、otloader)bootloader有兩大功能：初始化CPU和引導(dǎo)Linux內(nèi)核(采用將壓縮內(nèi)核拷貝到內(nèi)存解壓 方法，這樣可以加快啟動速度 )。(1) 初始化CPU1)中斷向量ARM要求中斷向量表必須放置在從 0地址開始，連續(xù)8 X4字節(jié)的空間內(nèi)。每當(dāng)一個中斷 發(fā)生以后，ARM處理器便強制把 PC指針置為向量表中對應(yīng)中斷類型的地址值。因為每個中斷只占據(jù)向量表中1個字的存儲空間，只能放置一條 ARM指令，使程序跳轉(zhuǎn)到存儲器的其他地方，再執(zhí)行中斷處理。所以0地址開始的地方，分配為flash的空間，在0地址開始處放中斷向量，作為uCIinux的啟動代碼，實現(xiàn)方式如下：b resetadd pc,p

8、c,#0x0c000000add pc,pc,#0x0c000000add pc,pc,#0x0c000000add pc,pc,#0x0c000000add pc,pc,#0x0c000000add pc,pc,#0x0c000000add pc,pc,#0x0c0000000x0c000000 為內(nèi)存起始地址，uCIinux將中斷向量放入地址 0x0c000008，因為cpu發(fā)生中斷時仍然會跳轉(zhuǎn)到0地址處的中斷向量表中去，所以此處要修改中斷向量表的地址，使程序能正確跳轉(zhuǎn)到uCIinux實現(xiàn)的中斷向量處。由于ARM系統(tǒng)的三級流水線技術(shù)，當(dāng)程序執(zhí)行到x地址處，pc指針的值其實等于 x+8。在u

9、Clinux中相關(guān)代碼如下：#ifdef CONFIG_ARCH_S3C44B0#un def vectors_base()#defi ne vectors_base() (0x0c000008)#en difadd pc,pc,#0x0c000000 這條語句將會有 8的偏移量，當(dāng)pc等于0時，這條指令的執(zhí)行 結(jié)果為 pc=0x0c000008。2)中斷處理這段reset代碼放在flash中。這樣系統(tǒng)每次復(fù)位后，會執(zhí)行 flash上的reset代碼。1. 初始化存儲器系統(tǒng)2. 初始化堆棧在初始化堆棧時應(yīng)該特別注意，堆棧指針地位置一定不能和其他程序的地址相沖突，否則程序很容易異常。3. 初始化

10、有特殊要求的端口，設(shè)備4. 初始化用戶程序執(zhí)行環(huán)境5. 改變處理器模式6. 調(diào)用主應(yīng)用程序引導(dǎo)Linux內(nèi)核主應(yīng)用程序里放操作系統(tǒng)引導(dǎo)程序的代碼，一般此處應(yīng)該傳遞給Linux內(nèi)核啟動參數(shù)(如ramdisk的位置等)，但程序加載內(nèi)核使用blockmemory技術(shù)，所以不用傳遞參數(shù)來加載根文件系統(tǒng)rootfs。只要將Linux內(nèi)核和rootfs從flash(如圖1)拷貝到內(nèi)存中相應(yīng)位置 (如圖2)?？截愅瓿珊筇D(zhuǎn)到內(nèi)核入口地址處執(zhí)行。具體方法是用將壓縮內(nèi)核的地址轉(zhuǎn)換成函數(shù)的指針，并傳遞處理器號 ARCH_NUMBER。這在uClinux內(nèi)核源代碼的目錄文件uCli nu x-dsit/li nu

11、x2.4.x uCli nu x-dsit/li nu x2.4.x/arch/ar mnom mu/tools/Match-types中定義：s3c44b0 ARCH_S3C44B0 S3C44B0 1782. uClinux系統(tǒng)內(nèi)核uClinux的官方網(wǎng)站發(fā)布的最新 uClinux移植包是uclinux-dist-20040408 ，它包含了三星S3C4510B的源代碼，可以將它移植到S3C44B0平臺下。具體內(nèi)核源代碼的改動如下(其中出現(xiàn)的內(nèi)存地址可以參考圖4)。(1) Linux內(nèi)核編譯配置選項文件 uClinux-distvendorsSamsungS3C44B0config.lin

12、ux-2.4.x中：#System TypeCONFIG_ARCH_MBA44BO=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 16MFLASH_MEM_BASE=0x00000000#FLASH 起始地址FLASH_SIZE=0x00200000 #FLASH 大小 2M以后的make都以CONFIG_ARCH_S3C4

13、4B0=y這選項來解決是編譯和 $3C4480相關(guān)的其他選項。(2) 處理器MAKEFILE文件文件 uClinux-dsit/linux2.4.x/arch/armnommu/Makefie中：ifeq($(CONFIG_ARCH_S3C44BO),y)TEXTADDR=0x0c008000MACHINE=s3c44bOen difTEXTADDR=0x0c008000# 表明未壓縮的內(nèi)核的位置uCli nu x-dsit/li nu x2.4.x/arch/ar mnom mu/boot/Makefieifeq($(CONFIG_ARCH_S3C44B0),y)ZRELADDR =0x0c

14、008000ZTEXTADDR =0x0c300000en difZRELADDR=0x0c008000#表明未壓縮的內(nèi)核的位置ZTEXTADDR=0x0c300000# 表明壓縮內(nèi)核的位置(3) 中斷向量地址文件 uCIinux-dsit/linux2.4.x/include/asm-armnommu/proc-armv/system.h中#ifdef CONFIG_ARCH_S3C44BO#un def vectors_base()#define vectors_base()(0x0c000008)#en dif內(nèi)存地址為0x0e000008的原因在啟動程序一處已經(jīng)提到過。(4) 處理器基

15、本參數(shù)和類型文件 uClinux-dsit/linux2.4.x/arch/armnommu/machs3c44b0/arch.c中MACHINE_START(MBA44B0,S3C4480)MAINTAINER(MacWa ng)BOOT_MEM(OxOcOOOOOO,OxO1cOOOOO,OxO1cOOOOO)BOOT_PARAMS(OxOcOOO1OO)INITIRQ(ge narch_i nit_irq)MACHINE_END其中 MACHINE_START(MBA44B0,S3C44B0)的MBA4480是在 asm/mach-types.h 里定 義的平臺類型BOOT_MEM(Ox

16、OcOOOOOO ,0x01c00000 ,0x01c00000)指定了啟動的 RAM 地址 OxOcOOOOOO， 特殊功能寄存器地址 0x01c00000 , BOOT_PARAMS(0x0c000100)表示內(nèi)核參數(shù)的傳遞地址。文件 uClinux-dsit/linux2.4.x/arch/armnommu/tools/Match-types中：s3c44b0 ARCH_S3C44B0 S3C44B0 178178 是 arch_number在跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核時，r0=0 ，r1=arch_number(5) 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動這里采用的芯片是 RTL8019AS，數(shù)據(jù)寬度用的是 8位，它和ne2000

17、兼容，所以只要修 改ne2000的源代碼(I/O起始地址、中斷向量號、數(shù)據(jù)寬度)就可以實現(xiàn)網(wǎng)口的驅(qū)動了。文件 uClinux-dsit/linux2.4.x/driver/net/ne.e中：dev-base_addr=base_addr=NE2000_ADDR ； dev-irq=NE2000_IRQ_VECTOR ；NE2000_ADDR 和NE2OOOIRQ_VECTOR 分別是 RTL8019AS的I/O 起始地址和中斷向量 號，根據(jù)硬件連接改成相應(yīng)的值。ne_probel函數(shù)中wordlength=2 代表數(shù)據(jù)寬度為16位,改為wordlength=1 代表數(shù)據(jù)寬度為 8位。(6)

18、用blockmemory指定地址對rootfs的加載一般有兩種方式，用initrd技術(shù)和block memory 。這里用blockmemory技術(shù)指定 romfs 的地址。(makemenuconfig 時選定 romfs 禾口 romdisksupport)文件 uCIinux-dsit/linux2.4.x/driver/block/Blkmem.c中：aren a=#ifdef CONFIG_ARCH_S3C44BOO,OxOCCOOOOO,-1,#en dif這樣只要將 mmfs加載到相應(yīng)的地址 OxOCCOOOOO，內(nèi)核就可以找到。修改完成后，編譯內(nèi)核 （make me neon fig） 時要選擇支持 ramdisk和blkmem。ne2000網(wǎng) 卡驅(qū)動，romfs和ramfs文件系統(tǒng)，TCP/IP協(xié)議的項。3. 根文件系統(tǒng)（rootfs）uClinux源代碼包里有直接生成 rootfs的工具，它所采用的是romfs格式的文件系統(tǒng)。定制romfs時選擇一些基本的shell命令，包括文件系統(tǒng)的一些命令， 用戶可根據(jù)需要選 擇自己需要的命令。筆者選擇了 telnet服務(wù)器程序（有利于從遠(yuǎn)程主機登錄到系統(tǒng)上 ），ftp 服務(wù)器和客戶端命令等網(wǎng)絡(luò)程序。最后要結(jié)合自己的應(yīng)用來編寫一個uCIinux操作系統(tǒng)下的應(yīng)用程序。