嵌入式Linux在Blackfin處理器上的應(yīng)用
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1. 1 UcLinux簡介
Uclinux是當(dāng)前廣泛應(yīng)用的一種嵌入式Linux操作系統(tǒng)，是一個完全符合GNU/GPL公約的項目，與UNIX完全兼容，完全開放源碼。英文單詞中u表示Micro，c表示control，所以Uclinux的意思是“微控制領(lǐng)域的Linux系統(tǒng)”。
Uclinux針對嵌入式應(yīng)用的特點，對Linux的內(nèi)核（所用版本為linux2.6）進(jìn)行了修改和重新編譯，其大小遠(yuǎn)小于原來。它包含Linux常用的API，保留了原來Linux操作系統(tǒng)具有的高穩(wěn)定性、強大的網(wǎng)絡(luò)功能和卓越的文件系統(tǒng)支持功能等優(yōu)點。
1. 2 Blackfin簡介
Blackfin系列DSP是ADI公司推出的高性能，低功耗的新一代DSP處理器，融合了Analog Devices/Intel的微信號結(jié)構(gòu)（MSA），其應(yīng)用范圍廣泛，包括汽車圖像系統(tǒng)，寬帶無線系統(tǒng)，多媒體消費電子產(chǎn)品，數(shù)字視頻錄像機(jī)，安防與監(jiān)控，機(jī)頂盒和視頻會議等。
對下一代的數(shù)字通信和消費多媒體應(yīng)用來說，Blackfin處理器是高度集成的片上系統(tǒng)解決方案。通過將工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口與高性能的信號處理內(nèi)核相結(jié)合，用戶可以快速開發(fā)出節(jié)省成本的解決方案，而無需昂貴的外部組件。
筆者使用的是BF533，其結(jié)構(gòu)如圖1：
BF533包括一個UART口、一個SPI口、兩個串行口(SPORTs)、四個通用定時器（其中三個具有PWM功能）、一個實時時鐘、一個看門狗定時器，以及一個并行外設(shè)接口。
1.3 Blackfin＋Uclinux的優(yōu)越性
（1） 使用方便
（2） 支持網(wǎng)絡(luò)
（3） 源碼開放
（4） 方便程序開發(fā)移植
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2 在Blackfin中嵌入Uclinux操作系統(tǒng)
2.1 建立開發(fā)環(huán)境
要在Blackfin上嵌入Uclinux操作系統(tǒng)，首先應(yīng)建立相應(yīng)的開發(fā)環(huán)境。筆者所用的主機(jī)系統(tǒng)和開發(fā)平臺如下：
Windows XP與REDHAT 9.0雙操作系統(tǒng)
P4 1.8GHz，512 MB內(nèi)存
Blackfin533 EZ-KIT 開發(fā)板
Linux環(huán)境下的程序通過GNU的一系列工具完成編譯工作，其中包括預(yù)處理、編譯、匯編和連結(jié)4個互相關(guān)聯(lián)的步驟，每一步由相關(guān)工具完成。
（1）GCC：是GNU編譯器的前端程序，負(fù)責(zé)完成預(yù)處理和編譯過程，生成以.O為后綴的目標(biāo)文件。
（2）AS：是GNU編譯器的匯編器，負(fù)責(zé)把后綴為.S的匯編文件編譯成以.O為后綴的目標(biāo)文件。
（3）LD：是GNU 編譯器的連結(jié)器，負(fù)責(zé)把目標(biāo)文件和庫文件連結(jié)起來，重定位它們的數(shù)據(jù)，把所有符合連結(jié)起來。
筆者用的是bfin-gcc-3.4-2005R3.1.tar.gz。
在REDHAT中打開terminal，將目錄轉(zhuǎn)換到工作目錄（根目錄），鍵入以下命令：
tar –xzf bfin-gcc-3.4-2005R3.1.tar.gz
在/opt下會出現(xiàn)/uclinux/bfin-elf和/uclinux/bfin-uclinux兩個新文件夾，此時Blackfin所用的交叉編譯器已建立成功。
2.2 在EZ－KIT上植入U-BOOT
從網(wǎng)上下載u-boot_1.1.3.tar.bz2,在terminal下鍵入：
bunzip2 u-boot_1.1.3.tar.bz2
tar －xzf u-boot_1.1.3.tar.bz2
此時會出現(xiàn)名為u-boot_1.1.3的文件夾，將當(dāng)前目錄轉(zhuǎn)為此文件夾下，鍵入以下命令：
make clean
make mrproper
make ezkit_533_config
make
以上步驟完成后，會出現(xiàn)以下文件：
u-boot：這是elf文件，可以用它生成其它格式的文件。
u-boot.bin：這是二進(jìn)制文件，可以用來升級u-boot。
在terminal下鍵入：
/opt/Uclinux/bfin-ucLinux/bfin-uclinux-objcopy –I binary –O ihex u-boot.bin u-boot.hex
此時在u-boot文件夾下生成u-boot.hex。
將主機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為Windows XP下，打開VDSP++開發(fā)軟件，點開TOOL下的flash programmer，打開如圖3所示的選項環(huán)境：
按圖中所示設(shè)置好參數(shù)后，點擊load file即可。
2.3 編譯Uclinux
將主機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)為REDHAT9.0，打開terminal，當(dāng)前目錄應(yīng)為Uclinux所在目錄，輸入以下命令：
export PATH＝/opt/uclinux/bfin-elf/bin: /opt/uclinux/bfin-uclinux/
bin:$PATH
make menuconfig
此時出現(xiàn)選擇參數(shù)界面，包括廠商，器件型號等，選好參數(shù)后繼續(xù)。過一段時間后，將出現(xiàn)兩個模塊選擇介面，這里不更改任何選項，直接選擇exit。
在terminal中鍵入：make ，開始編譯Uclinux，這個過程大概需要幾分鐘左右，當(dāng)編譯成功后，在uclinux文件夾下的image文件夾中將生成名為linux的文件。
2.4 嵌入Uclinux
將主機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)為Windows XP系統(tǒng)。
將ezkit板和主機(jī)用串口連接起來，打開hyperterminal，選COM1，確定后進(jìn)入設(shè)置參數(shù)界面，如圖4所示。
設(shè)置好參數(shù)后，按確定。給板子上電后，自動啟動U-boot。
在ezkit>后鍵入：“ loadb” ，點擊“傳送”，“發(fā)送文件”，出現(xiàn)如圖5的界面：
按上圖設(shè)置好參數(shù)后，點擊發(fā)送，則出現(xiàn)傳送文件的界面，并顯示進(jìn)度。由于linux文件有5.1M，而BF533 ezkit沒有以太網(wǎng)接口，只能用串口進(jìn)行傳輸，速度較慢，這個過程約1小時。為了縮短傳輸時間，筆者在Linux系統(tǒng)下將linux文件進(jìn)行壓縮，壓縮后的文件大約1M左右，這樣整個傳輸時間將縮短為10多分鐘。
壓縮的指令為：
這條指令將生成名為uImage的壓縮文件。
當(dāng)傳輸完成后，在ezkit>后輸入：
bootelf 0x01000000（未經(jīng)壓縮）
bootm 0x01000000 （壓縮）
此時將啟動Uclinux，如果啟動成功，將出現(xiàn)welcome畫面。
到此，Uclinux已成功的嵌入到BF533 ezkit中。
3 在Uclinux中加入自己的應(yīng)用程序
筆者用了一個最簡單的程序“hello.c”來介紹如何在嵌入式操作系統(tǒng)中加入自己的程序。
（1）在/uclinux-dist/user/下建立一個新的文件夾shello，將源程序放到里面。
（2）修改/uclinux-dist/user/Makefile。加入：
dir_$(CONFIG_USER_SHELLO_HELLO)+=hello
（3）修改/uclinux-dist/config/configure.help。加入：
CONFIG_USER_SHELLO_HELLO
這里需要注意一點：第二行的開頭字母“T”離第一行的開頭字母“C”兩個字母的距離，同時每行不要超過70個字母。
（5） 修改/Uclinux-dist/config/config.in。加入：
bool ‘hello’CONFIG_USER_SHELLO_HELLO
（6）在/ucLinux-dist/user/shello/中加入makfile文件，此文件內(nèi)容如下：
EXEC=hello
OBJS=hello.o
All:$(EXEC)
$(EXEC):$(OBJS)
$(CC) $(LDFLAGS) –O $ @ $ (OBJS) $ (LDLIBS)
romfs:
$(ROMFSINST) /bin/$ (EXEC)
clean:
rm –f $ (EXEC) *.elf *.gdb *.o
（7）做完以上步驟后，重新編譯內(nèi)核。此時hello應(yīng)用程序會被加入內(nèi)核中，注意在選擇模塊時選中hello。編譯結(jié)束后，將內(nèi)核下到板子上，啟動Uclinux，在root>后鍵入hello，會出現(xiàn)“hello，world”。
4 結(jié)語
嵌入式操作系統(tǒng)是當(dāng)今最熱門的研究課題，本文詳細(xì)介紹了怎樣在Blackfin中嵌入Uclinux以及如何加入自己的應(yīng)用程序，該系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用到我們開發(fā)的項目中。
參考文獻(xiàn)
1 孫天澤，袁文菊，張海峰. 嵌入式設(shè)計及Linux驅(qū)動開發(fā)指南. 北京：電子工業(yè)出版社，2005
2 ADI公司. ADSP-BF533 BlackfinTM Processor Hardware Reference
3 Alesssandro Rubini, Jonathan Corbet. LINUX設(shè)備驅(qū)動程序. 魏永明等譯. 第2版. 北京：中國電力出版社. 2002
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