Linux如何運行于8位AVR微控制器？

更新記錄2

太平洋夏令時（PDT），2012年4月3日凌晨1點：上傳了新的源代碼存檔；使用內(nèi)存的FPM（Fast Page Mode，快頁模式）模式和修改后的i-cache（指令緩存）配置文件加快了仿真器頻率（6.5KHz->10KHz）；更新了移植指南，包括內(nèi)核鏡像、新的更小的ramdisk（虛擬磁盤）和新的完整鏡像。

更新記錄1

太平洋夏令時（PDT），2012年3月29日晚19點：上傳了新的源代碼存檔；修改了Makefile，并且現(xiàn)在包含了一個移植指南，它可以幫助您將它移植到其他的開發(fā)板或CPU中。

簡介

我們經(jīng)常可以看到初學(xué)者在微控制器論壇中詢問他們是否可以在他們微不足道的小的8位微機中運行Linux。這些問題的結(jié)果通常是帶來笑聲。我們也經(jīng)?？吹剑?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/Linux">Linux論壇中，詢問Linux運行的最低要求是什么。常見的答案是Linux需要一個32位架構(gòu)和一個MMU（存儲器管理單元），并至少1MB的RAM來滿足內(nèi)核的需求。本項旨在（并且成功）粉碎這些概念。下圖中您所看到的開發(fā)板基于ATmega1284P。我還制作了一塊基于ATmega644a的開發(fā)板，也同樣獲得了成功。該開發(fā)板沒有使用其他處理器，啟動Linux 2.6.34內(nèi)核。事實上，它甚至可以運行一個完整的Ubuntu棧，包括X（如果你有時間等它啟動）和gnome。

RAM（隨即存取存儲器）

是的，沒錯，完整的Linux安裝需要數(shù)兆字節(jié)的RAM和32位帶有MMU的CPU。本項目擁有這一切。首先，讓我們訪問RAM。正如您所看到的，在電路中有一塊古董級的30引腳SIMM內(nèi)存模塊。這些是基于80286的PC曾經(jīng)使用的。它通過接口和ATmega連接，我寫代碼來訪問它并按照規(guī)格刷新它（SDRAM需要恒定速率刷新以避免丟失數(shù)據(jù)）。它到底有多快呢？刷新中斷每62ms發(fā)生一次，占用時間1.5ms，因此占用3%以下的CPU。訪問RAM，為了便于編程，一次訪問一個字節(jié)。這樣產(chǎn)生的最大帶寬約為300KBps。

存儲

對于RAM需要工作在休眠狀態(tài)，我們有兩件事要處理。存儲并不是太難解決的問題。使用SPI可以十分容易的與SD卡交互，我的項目中做到了這一點。一個1GB的SD卡可以工作的很好，雖然512MB就已經(jīng)滿足這一特殊的文件系統(tǒng)（Ubuntu Jaunty）。ATmega擁有一個硬件SPI模塊，但無論出于何種原因，它工作的不是十分順暢，因此我將這個接口進行位拆裂。它仍然足夠塊——大約200KBps。這對項目來說還非常有意義——它能夠在有足夠管腳的任何微控制器上實現(xiàn)，而不用使用其他硬件模塊。

CPU（中央處理單元）

所有剩下的就是那個32位CPU和MMU需求。不過AVR沒有MMU，并且它是8位的。為了克服這一困難，我編寫了一款A(yù)RM仿真器。ARM是我最熟悉的架構(gòu)，并且它足夠簡單，可以讓我很舒服的為它編寫出一個仿真器。為什么要編寫一個，而不是移植一個呢？好吧，移植別人的代碼是沒有樂趣的，再加上我看到?jīng)]有將仿真器輕松移植到8位設(shè)備上的書面資料。原因之一：AVR編譯器堅持16位處理整數(shù)將會給你帶來麻煩，如簡單的“（120）”，產(chǎn)生0。你需要用“1UL20”。不必要的說，困擾其他人的未知基本代碼尋遍所有的地方，整數(shù)都被假定并將會失敗，這將是一個災(zāi)難。另外，我想用這個機會編寫一款很好的模塊化ARM仿真器。所以我付諸行動。

其他功能

電路板通過一個串行端口和真實世界進行通信。目前，它通過串行端口連接到我PC運行的minicom上，但是它可測的替代連接是連接到電路上的一個鍵盤和一個字符LCD，可以使其完全獨立。電路板上還有兩個LED。它們指示SD卡的訪問情況。一個代表讀操作，一個代表寫操作。電路板上還有一個按鈕。當按下并按住1秒時它將使串行端口脫離仿真的CPU的當前有效速度。AVR的主頻是24MHz（超過原有20MHz的輕微超頻）。