基于ARM的嵌入式Linux平臺(tái)研究-

1、基于ARM的嵌入式Linux平臺(tái)研究摘要: 介紹基于ARM的嵌入式Linux系統(tǒng)平臺(tái)的系統(tǒng)硬件系統(tǒng)構(gòu)架,軟件系統(tǒng)的組成和主要功能模塊的實(shí)現(xiàn)。由于本系統(tǒng)采用的S3C2440 ARM9芯片具有較高性能和豐富的外圍接口資源,因此具有控制能力強(qiáng),硬件結(jié)構(gòu)簡單,方便功能擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn),在控制系統(tǒng)中有較高的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞: 嵌入式系統(tǒng);Linux;S3C2440中圖分類號:TP3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號:1671-7597(20100610166-010 引言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)已成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分。由于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的場合日趨復(fù)雜,只使用嵌入式控制器控制將難以滿足要求,所以嵌入式操

2、作系統(tǒng)得到了飛速的發(fā)展。本文擬采用RISC體系結(jié)構(gòu)的ARM處理器擴(kuò)展外設(shè)及存儲(chǔ)器等作為硬件平臺(tái);采用功能強(qiáng)大,易于移植的嵌入式Linux作為系統(tǒng)軟件平臺(tái)便于有效管理內(nèi)存、實(shí)現(xiàn)多任務(wù)編程,是對市面上較多以8位、16位機(jī)為主控CPU的控制器的發(fā)展進(jìn)步。1 嵌入式Linux系統(tǒng)的特點(diǎn)Linux是一套類Unix的操作系統(tǒng),具有Unix系統(tǒng)的程序接口和操作方式,也繼承了Unix穩(wěn)定和高效率的特點(diǎn)。目前內(nèi)核已發(fā)展到2.6版本。Linux內(nèi)核遵循開放系統(tǒng)互連(OSI:OpenSystem Interconnect國際標(biāo)準(zhǔn),凡遵循該標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的硬件和軟件,都能彼此兼容,方便程序移植到其它系統(tǒng)平臺(tái)。其次,Linu

3、x具有良好的用戶界面。傳統(tǒng)用戶界面是基于文本的命令行界面,有很強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)能力,系統(tǒng)調(diào)用是給用戶提供編程時(shí)使用的界面,用戶可以在編程時(shí)直接使用系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用命令。完善的內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)是Linux的一大特點(diǎn),Linux在通信和網(wǎng)絡(luò)功能方面優(yōu)于其他操作系統(tǒng),為用戶提供了完善的、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能,這一點(diǎn)也是繼承了UNIX的優(yōu)良傳統(tǒng)。2 嵌入式Linux系統(tǒng)硬件架構(gòu)及開發(fā)平臺(tái)本文采用的硬件平臺(tái)是基于ARM9構(gòu)架的嵌入式芯片S3C2440A,主頻533MHz,支持Linux,Wince等操作系統(tǒng)。此外,外接了64M RAM,64M Flash,以太網(wǎng)控制芯片CS8900A。外圍接口配有以太網(wǎng)口、RS232,

4、USB等以便為建立交叉開發(fā)環(huán)境做好通訊、調(diào)試等方面的準(zhǔn)備;配置LCD,觸摸屏等以便實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互系統(tǒng)。硬件設(shè)計(jì)分為系統(tǒng)電路和功能電路兩部分,系統(tǒng)電路為S3C2440A運(yùn)行操作系統(tǒng)提供最小系統(tǒng);功能電路提供各種接口實(shí)現(xiàn)控制器功能需求。系統(tǒng)電路主要包括:電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、存儲(chǔ)器擴(kuò)展和JTAG接口。為了流暢運(yùn)行操作系統(tǒng),本文在存儲(chǔ)器擴(kuò)展部分選用2M NOR Flash存儲(chǔ)啟動(dòng)代碼和操作系統(tǒng),64M NAND Flash存儲(chǔ)文件系統(tǒng)和應(yīng)用程序代碼。前者選用AMD公司的AM29LV160DB(1Mb×16,后者用三星的K9F1208U0A(64Mb×8。功能電路主要包括:液

5、晶、觸摸屏電路、以太網(wǎng)接口電路、USB Host接口電路等。主要提供人機(jī)交互系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)鏈接,usb設(shè)備鏈接的功能。3 嵌入式Linux系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)在開發(fā)系統(tǒng)前,必須安裝Linux操作系統(tǒng)。然后在宿主機(jī)即PC機(jī)上建立交叉開發(fā)環(huán)境,安裝交叉編譯器#make dep 建立整個(gè)內(nèi)核程序間的依賴關(guān)系#make zImage編譯內(nèi)核為zImage模式編譯完成后,在arch/arm/boot 目錄下將生成ARM Linux 內(nèi)核映像文件zImage。這就是要下載到硬件系統(tǒng)的內(nèi)核映像文件。此內(nèi)核包含了上述的以太網(wǎng)、LCD等模塊,為下面設(shè)計(jì)提供了必需的系統(tǒng)軟件功能。上位機(jī)軟件的具體實(shí)現(xiàn)功能:通過以太網(wǎng)口可以實(shí)

6、現(xiàn)遠(yuǎn)程控制,LCD、觸摸屏提供人機(jī)交互界面,通過USB接口實(shí)現(xiàn)U盤讀取數(shù)據(jù)等。在應(yīng)用程序開發(fā)上,系統(tǒng)的軟件模塊主要實(shí)現(xiàn)U盤讀寫、鍵盤和觸摸屏控制、液晶屏圖形驅(qū)動(dòng)顯示、斷電數(shù)據(jù)保護(hù)、內(nèi)存管理和串口通訊,以太網(wǎng)通訊等。操作系統(tǒng)的移植以及擴(kuò)展,輔助開發(fā)平臺(tái)上已有完備的軟件平臺(tái),無須做過多修改就可移植到我們的平臺(tái)上。可以將各功能模塊編制成獨(dú)立的任務(wù),通過操作系統(tǒng)提供的API,有效的調(diào)度任務(wù),實(shí)現(xiàn)任務(wù)之間的同步與通信,更好的完成工作。以下便是各功能的簡單介紹和具體實(shí)現(xiàn)過程。4 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)TCP和UDP是TCP/IP協(xié)議中的兩個(gè)傳輸層協(xié)議,它們使用IP路由功能把數(shù)據(jù)送到目的地。TCP提供的是面向連接的

7、、可靠的數(shù)據(jù)流傳輸,而UDP提供的是非面向連接的、不可靠的數(shù)據(jù)流傳輸,對數(shù)據(jù)不進(jìn)行重傳和確認(rèn)。當(dāng)要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)完整、可控、可靠時(shí),應(yīng)該選擇TCP協(xié)議。當(dāng)強(qiáng)調(diào)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性而不是完整性時(shí),例如傳輸音視頻信號時(shí),應(yīng)選擇UDP協(xié)議。CS8900A是CIRRUS LOGIC公司生產(chǎn)的16位以太網(wǎng)控制器,芯片內(nèi)嵌片內(nèi)RAM,10BASE-T收發(fā)濾波器,直接ISA總線接口。該芯片的突出特點(diǎn)是使用靈活,其物理層接口、數(shù)據(jù)傳輸模式和工作模式等都能根據(jù)需要而動(dòng)態(tài)調(diào)整,通過內(nèi)部寄存器的設(shè)置來適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境。發(fā)送過程中,首先添加以太網(wǎng)幀頭(包括先導(dǎo)字段和幀開始標(biāo)志,然后生成CRC校驗(yàn)碼,最后將此數(shù)據(jù)幀發(fā)送到以太網(wǎng)

8、上。接受時(shí),他將從以太網(wǎng)收到的數(shù)據(jù)幀在經(jīng)過解碼、去掉幀頭和地址檢驗(yàn)等步驟后緩存在片內(nèi)。通過CRC校驗(yàn)后,它會(huì)根據(jù)初始化配置情況,通知主機(jī)CS8900A收到了數(shù)據(jù)幀,最后用上面介紹的某種傳輸模式傳到主機(jī)的存儲(chǔ)區(qū)中。5 液晶顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用Linux為顯示設(shè)備提供的幀緩沖(framebuffer接口,把顯存抽象后的一種設(shè)備,他允許上層應(yīng)用程序在圖形模式下直接對顯示緩沖區(qū)進(jìn)行讀寫操作。這種操作是抽象的,統(tǒng)一的。用戶不必關(guān)心物理顯存的位置、換頁機(jī)制等等具體細(xì)節(jié)。這些都是由Framebuffer設(shè)備驅(qū)動(dòng)來完成的。6 結(jié)束語解決方案采用先進(jìn)的基于ARM的32位先進(jìn)處理器,并移植擴(kuò)展好的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)構(gòu)成我們的開發(fā)平臺(tái),提出了一種新的思路,做出了大膽的嘗試,相信隨著工作的進(jìn)一步深化、進(jìn)展,定能取得另人滿意