基于MPC8250的嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)

　　我們開發(fā)了某型飛機(jī)外場維護(hù)系統(tǒng)的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端通訊平臺，其硬件核心采用Motorola公司的嵌入式PowerPC處理器MPC8250，軟件方面采用嵌入式linux作為操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)外場維護(hù)與飛機(jī)故障診斷系統(tǒng)的安全、快速通信。這個(gè)系統(tǒng)平臺具有體積小、功耗低、性能高等特點(diǎn)。

MPC8250構(gòu)架與系統(tǒng)硬件平臺簡介

　　PowerPC是Linux較早開始支持的處理器之一。PowerPC處理器芯片MPC8250基于PowerQUICC(Quad Integrated CommunicationsController)II 結(jié)構(gòu)，是面向高性能、低功耗、小體積的通信設(shè)備而開發(fā)的處理器。其內(nèi)部集成了一個(gè)高性能嵌入式G2 內(nèi)核、一個(gè)靈活的系統(tǒng)集成單元SIU和許多控制領(lǐng)域的常用外圍通信組件(組成通信處理模塊CPM，CommunicationsProcessor Module)，可用于許多方面，尤其是在通訊和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方面。G2內(nèi)核頻率在150-200MHz之間，CPM、PCI最高頻率為133MHz，外部頻率為66MHz，可同時(shí)處理高達(dá)

　　根據(jù)目標(biāo)系統(tǒng)的不同，系統(tǒng)硬件平臺可以引出所需的MPC8250的外部通訊接口。我們的系統(tǒng)提供了8M的flash用于存放內(nèi)核鏡像文件、文件系統(tǒng)、應(yīng)用程序和備份數(shù)據(jù)，64MSDRAM用作內(nèi)存，521KB 的flash用于存放啟動代碼，此外還有RS232串口、10/100M以太網(wǎng)口以及JTAG支持等。

基于MPC8250的嵌入式linux系統(tǒng)開發(fā)

編譯環(huán)境的定制

　　通常主機(jī)與目標(biāo)板的CPU都不相同，需要進(jìn)行交叉編譯。能夠進(jìn)行交叉編譯的工具很多，一般使用GNU C，它包括gcc、g++編譯器，glibc、newlib 等C庫，binutils 以及其他一系列開發(fā)工具。不同的開發(fā)平臺需要不同的交叉編譯工具。這里我們選擇德國denx軟件中心提供的一套用于PowerPC嵌入式linux移植的開發(fā)編譯環(huán)境ELDK3.0(Embedded LinuxDevelopmentKit)。

　　在主機(jī)上安裝完畢后，修改bash_profile配置文件的路徑和交叉編譯環(huán)境，具體如下：

　　PATH=$PATH：$HOME /bin：/opt/afeu/usr/bin：/opt/afeu/bin：/usr/bin

　　CROSS_COMPILE=ppc_82xx

　　EXPORT PATH CROSS_COMPILE

目標(biāo)系統(tǒng)資源分配

　　嵌入式linux系統(tǒng)一般沒有硬盤設(shè)備，存儲空間十分有限。這就要求在Linux移植之前，需要對系統(tǒng)硬件地址精心分配，充分合理地利用。根據(jù)前面介紹的系統(tǒng)硬件平臺，這里給出目標(biāo)設(shè)備的地址分配，如表1所示。

表1 目標(biāo)設(shè)備的地址分配

調(diào)試環(huán)境的建立

　　在嵌入式系統(tǒng)中一般沒有顯示器等輸出設(shè)備，不利于在目標(biāo)系統(tǒng)上進(jìn)行調(diào)試。為了調(diào)試目標(biāo)系統(tǒng)，我們通過JTAG仿真器BDI2000來跟蹤調(diào)試目標(biāo)機(jī)上的代碼。其調(diào)試環(huán)境如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)調(diào)試環(huán)境

　　其中網(wǎng)卡1＃和目標(biāo)機(jī)直接相連，用來下載內(nèi)核鏡像，NFS文件共享等。網(wǎng)卡2＃連接到BDI2000上，再通過JTAG口連接到目標(biāo)機(jī)上。串口用于命令傳輸、接收返回信息等。

Linux系統(tǒng)引導(dǎo)模塊U-Boot

　　U-BOOT是denx軟件中心依照GPL(General PubliCLicense)發(fā)布的系統(tǒng)引導(dǎo)模塊，支持多種處理器，如ARM系列、PowerPC系列、MIPS 系列、X86系列等。編譯U-BOOT-1.1.0后生成可執(zhí)行文件，然后根據(jù)自己的目標(biāo)系統(tǒng)修改編輯U-BOOT包下的文件，進(jìn)行移植(這里需要說明的是，由于找不到MPC8250的支持包，而它和TQM8260內(nèi)核相差不大，所以下面采用8260ads 的支持包，同樣兼容)如：

　　修改目標(biāo)系統(tǒng)配置文件./include/configs/MPC8260ADS.h中的寄存器值、SDRAM 控制器參數(shù)、串口參數(shù)等；

　　修改目標(biāo)板定義文件./board/mpc8260ads/mpc8260ads.C中的I/O 端口定義；

　　修改BCSR 等；

　　U-Boot在引導(dǎo)Linux內(nèi)核啟動時(shí)，向內(nèi)核傳遞了一個(gè)命令行，內(nèi)核根據(jù)這個(gè)命令行的參數(shù)來對系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。在linux內(nèi)核啟動時(shí)，必須要掛載一個(gè)根文件系統(tǒng)。根文件系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)NFS 和本地文件系統(tǒng)LFS兩種方式提供。

　　(1)通過NFS引導(dǎo)Linux系統(tǒng)

　　通過NFS 引導(dǎo)Linux，其bootargs設(shè)置如下：


(2)通過LFS引導(dǎo)linux系統(tǒng)

　　通過LFS引導(dǎo)linux，可將bootargs設(shè)置如下：

　　setenv bootargs root="/dev/mtdblock1" rw

　　ip=24.86.246.216： 24.86.246.100： 24.86.246.100： 255.255. 255.0：afeu： eth1： off

內(nèi)核裁減與移植

　　(1)Linux內(nèi)核裁減：嵌入式系統(tǒng)存儲單元十分有限，精簡內(nèi)核顯得尤為重要。內(nèi)核裁減主要是去掉無用模塊，增加所需模塊，使之更符合目標(biāo)系統(tǒng)。這主要包括平臺類型(platformsupport)的選擇，我們選擇TQM8260；Memory Technology Device(MTD)選擇內(nèi)核對MTD和Flash的支持；Networking options選擇內(nèi)核對網(wǎng)絡(luò)的支持；file systems 選擇內(nèi)核對文件系統(tǒng)的支持；MPC8260CPMoptions用于配置目標(biāo)系統(tǒng)的一些通信設(shè)備。

　　裁減完內(nèi)核后需要對其重新進(jìn)行編譯，方法與通用linux編譯基本無異，限于篇幅，不再贅述。

　　(2)Linux內(nèi)核移植：內(nèi)核移植源碼主要分部在Linux/include/arch/ppC下。根據(jù)目標(biāo)系統(tǒng)，對與_res 變量相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)試跟蹤修改，其修改的關(guān)鍵代碼如下：

　　對于arch/ppc/8260_io/commproc.c，改宏定義為：#defineBRG_INT_CLK(16 * 1000000)；

　　在arch/ppc/8260_io/uart.C中設(shè)置波特率：bd->bi_baudrate=9600；

　　在arch/ppc/kernel/m8260_setup.C中設(shè)置總線頻率：bininfo->bi_busfreq=66；

　　設(shè)置arch/ppc/kernel/m8260_setup.C中的系統(tǒng)重啟地址為：

　　startaddr=0xeff00100；

　　此外，還需要修改MTD 設(shè)置，主要是修改drivers/mtd/maps/tqm8260.c文件中的分區(qū)定義(和目標(biāo)系統(tǒng)地址分配有關(guān))和目標(biāo)系統(tǒng)的Flash 的配置，使其滿足自己系統(tǒng)的要求。關(guān)于8M Flash的分區(qū)會在文件系統(tǒng)中敘述。

　　修改完內(nèi)核源碼，反復(fù)調(diào)試無誤后，鏡像內(nèi)核文件，并使用U-Boot通過tftp將內(nèi)核鏡像文件下載到目標(biāo)板上。重新引導(dǎo)后，目標(biāo)板linux即可成功啟動。

文件系統(tǒng)

　　(1)文件系統(tǒng)的分類：根據(jù)物理位置文件系統(tǒng)一般可分為網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)NFS和本地文件系統(tǒng)LFS。NFS 對于目標(biāo)系統(tǒng)

　　Linux支持的文件系統(tǒng)格式主要有CRAMFS(CompressedROMFile System)和JFFS(Journalling Flash File System)。其中前者是只讀的，在啟動時(shí)裝載較快，可用來存儲動態(tài)連接庫、應(yīng)用程序、初始化腳本等；后者可進(jìn)行讀寫操作，其第2個(gè)版本即JFFS2，還較好地解決了諸如Flash 的空間、使用壽命和垃圾回收問題。

　　(2)Flash分區(qū)：基于對CRAMFS和JFFS兩種文件系統(tǒng)的上述分析，可以將flash劃分為只讀區(qū)和可讀寫區(qū)，這既有利于linux系統(tǒng)的正常啟動，又利于文件的數(shù)據(jù)保護(hù)。其分區(qū)如表2所示。

　　EDLK3.0提供的文件系統(tǒng)較大，而且很多對目標(biāo)系統(tǒng)都沒有用，需要對其進(jìn)一步進(jìn)行裁減。裁減之后需要完善文件系統(tǒng)，以最大可能地符合目標(biāo)系統(tǒng)。最后需要將裁減完善后的文件系統(tǒng)掛載為根文件系統(tǒng)。

表2 flash 空間分配

結(jié) 論

　　基于PowerPC處理器MPC8250嵌入式linux系統(tǒng)充分發(fā)揮了linux對網(wǎng)絡(luò)和MPC8250等設(shè)備的強(qiáng)大支持功能。與傳統(tǒng)的人工查閱故障診斷手冊相比，該系統(tǒng)可與飛機(jī)故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，有利于故障的快速查詢、維修方案的快速選定。