ARM的嵌入式Linux移植體驗之基本概念

　　ARM是Advanced RISC Machines（高級精簡指令系統(tǒng)處理器）的縮寫，是ARM公司提供的一種微處理器知識產(chǎn)權(quán)（IP）核。

　　ARM的應(yīng)用已遍及工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場。基于ARM 技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位RISC 微處理器75％以上的市場份額。揭開你的手機(jī)、MP3、 PDA，嘿嘿，里面多半藏著一個基于ARM的微處理器！

　　ARM內(nèi)核的數(shù)個系列（ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、SecurCore、Xscale、StrongARM），各自滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，無孔不入的滲入嵌入式系統(tǒng)各個角落的應(yīng)用。這是一個ARM的時代！

　　有人的地方就有江湖（《武林外傳》），有嵌入式系統(tǒng)的地方就有ARM。

　　構(gòu)建一個復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)，僅有硬件是不夠的，我們還需要進(jìn)行操作系統(tǒng)的移植。我們通常在ARM平臺上構(gòu)建Windows CE、Linux、Palm OS等操作系統(tǒng)，其中Linux具有開放源代碼的優(yōu)點。

　　日前，筆者作為某嵌入式ARM（硬件）/Linux（軟件）系統(tǒng)的項目負(fù)責(zé)人，帶領(lǐng)項目組成員進(jìn)行了下述工作：

　　(1)基于ARM920T內(nèi)核S3C2410A CPU的電路板設(shè)計；

　　(2)ARM處理下底層軟件平臺搭建：

　　a.Bootloader的移植；

　　b.嵌入式Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核的移植；

　　c.嵌入式Linux操作系統(tǒng)根文件系統(tǒng)的創(chuàng)建；

　　d.電路板上外設(shè)Linux驅(qū)動程序的編寫。

　　本文將真實地再現(xiàn)本項目開發(fā)過程中作者的心得，以便與廣大讀者共勉。第一章將簡單地介紹本ARM開發(fā)板的硬件設(shè)計，第二章分析Bootloader的移植方法，第三章敘述嵌入式mizi Linux的移植及文件系統(tǒng)的構(gòu)建方法，第四章講解外設(shè)的驅(qū)動程序設(shè)計，第五章給出一個已構(gòu)建好的軟硬件平臺上應(yīng)用開發(fā)的實例。

　　如果您有嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)基礎(chǔ)，您將非常容易領(lǐng)會本文講解地內(nèi)容。即便是您從來沒有嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)經(jīng)歷，本文讀起來也不會生澀。

　　2.ARM體系結(jié)構(gòu)

　　作為一種RISC體系結(jié)構(gòu)的微處理器，ARM微處理器具有RISC體系結(jié)構(gòu)的典型特征。還具有如下增強(qiáng)特點：

　　(l)在每條數(shù)據(jù)處理指令當(dāng)中，都控制算術(shù)邏輯單元(ALU)和移位器，以使ALU和移位器獲得最大的利用率；

　　(2)自動遞增和自動遞減的尋址模式，以優(yōu)化程序中的循環(huán)；

　　(3)同時Load和Store多條指令，以增加數(shù)據(jù)吞吐量；

　　(4)所有指令都條件執(zhí)行，以增大執(zhí)行吞吐量。

　　ARM體系結(jié)構(gòu)的字長為32位，它們都支持Byte(8位)、Halfword(16位)和Word(32位)3種數(shù)據(jù)類型。

　　大部分應(yīng)用程序都在User模式下運行。當(dāng)處理器處于User模式下時，執(zhí)行的程序無法訪問一些被保護(hù)的系統(tǒng)資源，也不能改變模式，否則就會導(dǎo)致一次異常。對系統(tǒng)資源的使用由操作系統(tǒng)來控制。

　　User模式之外的其它幾種模式也稱為特權(quán)模式，它們可以完全訪問系統(tǒng)資源，可以自由地改變模式。其中的FIQ、IRQ、supervisor、Abort和undefined 5種模式也被稱為異常模式。在處理特定的異常時，系統(tǒng)進(jìn)入這幾種模式。這5種異常模式都有各自的額外的寄存器，用于避免在發(fā)生異常的時候與用戶模式下的程序發(fā)生沖突。

　　還有一種模式是system模式，任何異常都不會導(dǎo)致進(jìn)入這一模式，而且它使用的寄存器和User模式下基本相同。它是一種特權(quán)模式，用于有訪問系統(tǒng)資源請求而又需要避免使用額外的寄存器的操作系統(tǒng)任務(wù)。