uClinux在嵌入式系統(tǒng)中的移植研究
1 引言
uClinux作為L(zhǎng)inux衍生操作系統(tǒng),具有支持多任務(wù)、內(nèi)核精簡(jiǎn)、高效、穩(wěn)定和源代碼開(kāi)放等優(yōu)點(diǎn),專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于無(wú)MMU微處理器的嵌入式系統(tǒng)[1]。將uClinux應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為許多嵌入式開(kāi)發(fā)人員的選擇。本文針對(duì)基于三星公司生產(chǎn)的ARM系列微處理器S3C44B0的硬件平臺(tái),詳細(xì)論述移植uClinux 的過(guò)程,主要包括BootLoader的設(shè)計(jì), uClinux內(nèi)核的修改,交叉編譯環(huán)境的建立,uClinux內(nèi)核的配置,編譯及連接,映像文件的下載及運(yùn)行。
2 硬件環(huán)境
硬件平臺(tái)以S3C44B0為核心,采用的外部晶振頻率為10MHz,內(nèi)核主頻最高可達(dá)到64MHz;通過(guò)RS232接口與上位機(jī)通訊;外接JTAG 接口,支持在線(xiàn)調(diào)試;采用SST39VF1601(2M字節(jié))作為程序存儲(chǔ)器,對(duì)應(yīng)的地址空間為0x00000000-0x001fffff;采用 HY57VF641620 (8M 字節(jié))作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器, 對(duì)應(yīng)的地址空間為0x0c000000-0x0c7fffff。硬件框圖如圖1所示。
圖 1 硬件框圖
3 uClinux的移植
3.1 移植思路
硬件環(huán)境確定以后,首先,要為uClinux設(shè)計(jì)一個(gè)BootLoader,通過(guò)BootLoader來(lái)初始化硬件,引導(dǎo)uClinux運(yùn)行。 Bootloader設(shè)計(jì)可以在ads中實(shí)現(xiàn)。然后,針對(duì)硬件環(huán)境,和設(shè)計(jì)的BootLoader修改uClinux內(nèi)核。接下來(lái),在Linux操作系統(tǒng)下建立編譯uClinux的交叉編譯環(huán)境。最后,配置、編譯、連接uClinux,下載編譯得到的映像文件到Flash,通過(guò)BootLoader來(lái)啟動(dòng) uClinux。
3.2 Bootloader的設(shè)計(jì)
BootLoader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序.通過(guò)這段小程序,我們可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖,從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài),以便為最終轉(zhuǎn)到操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好合適的環(huán)境.這里設(shè)計(jì)的BootLoader主要有啟動(dòng)、下載和燒寫(xiě)引導(dǎo)uClinux的功能。BootLoader完成初始化工作后會(huì)通過(guò)串口在Windows的終端顯示如下信息:0: tftp download 1: Write NorFlash with download file 2: Boot uClinux
在終端的提示符“/”下輸入0、1或2分別代表選擇功能0、功能1或功能2。BootLoader執(zhí)行對(duì)應(yīng)的操作,功能0利用TFTP網(wǎng)絡(luò)傳輸程序到SDRAM,默認(rèn)下載地址為0x0c000800;功能1下載程序到 flash,uClinux的映像文件image.rom的下載地址為0x00010000, Romfs.img的下載地址為0x00100000。這兩個(gè)下載地址不是任意的,前一個(gè)地址與BootLoader的功能2有關(guān);后一個(gè)地址與 uClinux的文件系統(tǒng)定位有關(guān)。具體確定方法在下文論述;功能2啟動(dòng)燒寫(xiě)到Flash的uClinux。[2]
因?yàn)楸疚牡闹攸c(diǎn)是uClinux的移植,所以這里不再詳述BootLoader的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程,只介紹一下與uClinux相關(guān)的地方:(1)因?yàn)?uClinux要利用S3C44B0的串口輸出一些信息,所以BootLoader初始化過(guò)程中要設(shè)定處理器的主頻,uClinux根據(jù)這個(gè)主頻來(lái)設(shè)定串口寄存器,得到一定數(shù)值的波特率。本文選擇的主頻為61Mhz,波特率為115200。(2)執(zhí)行功能2時(shí),會(huì)調(diào)用一個(gè)MoveRun函數(shù):
Void MoveRun(void)
{void (*fp)(U32,U32)=(void(*)(U32,U32))0xc300000; //0xc300000為uClinux的運(yùn)行地址
NorFlashRead(0xc300000,0x10000,0x160000) ; //將燒寫(xiě)到0x10000處的image.rom移到//0xc300000
(*fp)(0, 0); //啟動(dòng)uClinux
}
(3) 啟動(dòng)uClinux后,image.rom在0xc300000處自解壓,并在0x0c000000處放置uClinux 的中斷向量表。即使uClinux 內(nèi)核已經(jīng)得到處理器的控制權(quán)運(yùn)行,一旦發(fā)生中斷,處理器還是會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到從0x0地址開(kāi)始的第一級(jí)中斷向量表中的某個(gè)表項(xiàng)(依賴(lài)于中斷類(lèi)型)處讀取指令運(yùn)行。所以在編寫(xiě)B(tài)ootLoader時(shí),地址0x0處的一級(jí)異常中斷矢量表只需簡(jiǎn)單地包含向0x0c000000處的中斷向量表的跳轉(zhuǎn)指令就可以,這樣就能夠正確地將發(fā)生的事件交給uClinux的中斷處理程序來(lái)處理,BootLoader的第一級(jí)異常中斷向量表如下所示:
b ResetHandler ;//跳轉(zhuǎn)到初始化部分
ldr pc,=0x0c000004; // Undefined Instruction Handler
ldr pc,=0x0c000008; // Software Interrupt Handler
ldr pc,=0x0c00000c; // Prefetch Abort Handler
ldr pc,=0x0c000010; // Data Abort Handler
b .
ldr pc,=0x0c000018; //IRQ Handler
ldr pc,=0x0c00001c; //FIQ Handler
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