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為了適應不同的應用場(chǎng)合，同時(shí)考慮到計算機系統的靈活性、可伸縮性以及可裁剪性，一種以應用為中心、以計算機技術(shù)為基礎、軟硬件可裁剪的嵌入式操作系統隨之誕生。這種嵌入式系統能適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗要求嚴格的應用系統。而在眾多嵌入式操作系統中，Linux以其體積小、可裁減、運行速度快、網(wǎng)絡(luò )性能優(yōu)良、源碼公開(kāi)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。特別是2.6內核版本的Linux更是在實(shí)時(shí)性能方面有了很大的提高，因此在工業(yè)控制場(chǎng)合得到了越來(lái)越多的重視和應用。 本文正是在這一背景下，為基于S3C2410的嵌入式平臺(擴充了多種外圍設備，包括：LCD、A／D、網(wǎng)絡(luò )芯片等等)構建出一個(gè)基于 Linux2.6.16內核的嵌入式系統開(kāi)發(fā)平臺，以滿(mǎn)足風(fēng)力發(fā)電監控系統開(kāi)發(fā)的需求。 1系統構架 本系統的硬件平臺是以32位高性能嵌入式處理器S3C2410A作為系統的CPU，其工作頻率最高為203 MHz，具有強大的處理能力。另外，還擴展有多種外圍設備，如：分辨率為640×480的26萬(wàn)色TFT液晶顯示屏、串口、USB口、網(wǎng)口、64MB Flash、64MB SDRAM等等�？梢猿浞譂M(mǎn)足風(fēng)力發(fā)電監控系統開(kāi)發(fā)的需求。 本硬件平臺的軟件構架主要分為以下幾個(gè)部分：BSP層、操作系統層以及應用層，圖1所示是其軟件構架圖。本系統的硬件平臺是由嵌入式微處理器及其外圍設備所構成的。硬件抽象層(BSP)是存儲在硬件平臺ROM或Flash上的負責與硬件底層交流的硬件驅動(dòng)程序，主要負責對系統進(jìn)行初始化，并將收集的硬件信息傳遞到接下來(lái)運行的操作系統內核中去。操作系統內核通過(guò)BSP來(lái)管理系統硬件資源，并為上層軟件提供進(jìn)程調度、內存管理、文件系統、設備驅動(dòng)等服務(wù)。應用層主要負責與用戶(hù)進(jìn)行交流。 
在完成系統的構架設計以后，就可以針對硬件平臺進(jìn)行具體的構建了，其工作主要包括以下幾個(gè)部分：BootLoader移植、內核移植以及文件系統的建立等，其中內核移植包括網(wǎng)絡(luò )設備、LCD和USB等驅動(dòng)的移植。文中針對本系統的設計給出了相關(guān)程序的移植。 2 BootLoader移植 BootLoader (引導加載程序)是系統加電后運行的第一段代碼。這段小程序用于初始化硬件設備和建立內存空間的映射圖，從而將系統的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，以便為最終調用操作系統內核準備好正確的環(huán)境。 目前，較流行的BootLoader主要有U-boot和Vivi等。本設計主要是以S3C2410為控制器的硬件平臺，因此可以選用帶有網(wǎng)絡(luò )功能的 Vivi作為系統的BootLoader。作為引導程序的Vivi一般分為stage1和stage2兩大部分。stage1主要是根據CPU的體系結構進(jìn)行設備初始化等工作，通常都用短小精悍的匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現，而stage2則通常用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現，這樣可以實(shí)現更加復雜的功能，且代碼會(huì )具有更好的可讀性和可移植性。為了使Vivi更適合本系統的硬件平臺，設計時(shí)需要對其進(jìn)行部分修改。 (1)修改編譯器 首先要把Vivi中Makefile的有關(guān)編譯的選項指向安裝好的3.4.1版本的交叉編譯工具鏈，將編譯所需的Linux文件夾“UNUX- INCLUDE-DIR=”指向交叉編譯器所在的文件夾“LINUX-INCLUDE- DIR=／usr／local／arm／3.4.1／include”，并將“CROSS-COMPILE=”項修改為“CROSS- COMPILE=／usr／local／arm／3.4.1／bin／arm-linux-”。 (2)修改啟動(dòng)參數 接著(zhù)根據硬件平臺的實(shí)際情況要修改Vivi中Flash分塊情況。本系統將Flash劃分成四個(gè)部分：第一部分用來(lái)存放系統的Vivi：第二部分用來(lái)存放Vivi以及Linux操作系統的啟動(dòng)參數；第三部分用來(lái)存放嵌入式Linux操作系統；最后一部分用來(lái)存放文件系統。具體的地址及塊大小分配如表1 所列。
修改完以上兩項就可以對Vivi進(jìn)行編譯了，之后通過(guò)JTAG將生成的二進(jìn)制代碼燒寫(xiě)到Flash的第一部分，即完成了Vivi的移植。 3 內核移植 內核移植和BootLoader移植一樣要根據設計的硬件平臺來(lái)進(jìn)行。根據本嵌入式系統硬件平臺的設計，需修改內核Makefile文件、設置 Flash分區、配置與編譯內核等，并完成網(wǎng)絡(luò )設備、LCD以及USB等驅動(dòng)的移植，下面簡(jiǎn)單介紹一下針對本硬件平臺的相關(guān)移植工作。 (1)內核編譯與移植 在交叉編譯內核之前，要先對編譯選項進(jìn)行配置。執行“make menuconfig”指令，進(jìn)人Syetem Type選項，選擇對S3C2410系統板的支持，然后配置File System和Block device，接下來(lái)使用“make dep”指令設置依賴(lài)關(guān)系，之后便可以使用“make zImage”指令進(jìn)行編譯。編譯內核交叉編譯時(shí)間相對較長(cháng)。最終會(huì )生成一個(gè)文件zImage，這就是編譯成功后的ARM Linux內核文件。將編譯好的內核鏡像文件寫(xiě)入到Flash中，即完成了內核的移植。 (2)網(wǎng)絡(luò )設備移植 系統中采用CS8900A作為網(wǎng)絡(luò )芯片，最高支持10 Mb／s的傳輸率，它使用S3C2410的nGCS3作為片選線(xiàn)，IRQ_EINT9作為外部中斷信號線(xiàn)。其驅動(dòng)移植方法如下： 1)在linux／driver／net／arm目錄下加入芯片的驅動(dòng)程序文件CS8900．h和CS8900．c： 2)在smdk2410_init函數中完成相應寄存器設置；在CS8900_probe()函數中對S3C2410的網(wǎng)絡(luò )控制寄存器進(jìn)行設置：加入 _raw_writel(0x221ldll0,S3C2410_BWSCON)；和 _raw_writel(0x1f7c,S3C2410_BANKCON3)；兩個(gè)語(yǔ)句； 3)將網(wǎng)卡的物理地址(0x19000000)映射到vSMDK2410_ETH_IO所指向的虛擬地址上去，即在／arch／arm／mach- S3C2410／mach-smdk2410．c文件中的smdk2410_iodesc []結構數組中添加如下內容：{vSMDK2410_ETH_IO，0x19000000，SZ_1M，MTl_DEVICE}； 4)配置網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)的Makefile、Kconfig文件，并對頭文件做部分修改。 (3) LCD移植 在2.6.16內核中已經(jīng)包含了S3C2410的LCD驅動(dòng)程序，因此，移植的主要工作是要根據驅動(dòng)程序及LCD屏的實(shí)際情況進(jìn)行初始化。 S3C2410自帶5個(gè)LCD控制器，每個(gè)控制器有不同的功能，必需對每個(gè)控制器的參數進(jìn)行相應的設置才能順利地啟動(dòng)LCD，這些參數包括：液晶屏類(lèi)型 (TFT屏或CSTN屏)、顏色位數、垂直度、水平度、控制信號線(xiàn)的極性以及液晶屏的分辨率等等。 本系統采用的是SHARP 8.0英寸的TFT液晶屏。參考該液晶屏手冊，根據實(shí)際情況設置各個(gè)寄存器的參數如表2所列。
設置好液晶屏的參數后，再在平臺初始化函數smdk2410_devices[]_initdata中啟動(dòng)液晶屏。最后，修改 drivers／video目錄下的Kconfig和drivers／video目錄下的Makefile文件。 4 文件系統建立 每種操作系統都有適合自己的文件系統，如：Windows一般采用或NTFS文件系統格式，Linux采用EXT2或EXT3文件系統格式，而嵌入式 Linux操作系統是建立在一種稱(chēng)為YAFFS2(YAFF文件系統的改進(jìn)版)的針對嵌入式Linux的文件系統之上。因此可根據本系統的硬件平臺設計及所采用的Linux內核。構建出YAfTS2文件系統，步驟如下： (1)在內核中建立YAFFS2目錄fs／yaffs2，并把下載的YAFFS2代碼(可以從網(wǎng)上下載開(kāi)源的YAFFS2的源碼)復制到該目錄下面； (2)修改Kconfig和Makefile，使其可以配置YAFFS2； (3)在YAFFS2目錄中生成Makefile和Kconfig文件； (4)根據表1在內核中修改NAND分區； (5)配置內核時(shí)，應選中MTD支持和YAFFS2支持； (6)編譯內核并將其下載到開(kāi)發(fā)板的Flash中； (7)制作根文件系統下載到Flash的指定地址(地址如表1所示)。 至此，就搭建好了風(fēng)力發(fā)電監控系統開(kāi)發(fā)所需要的軟硬件平臺。圖2所示是基于搭建好的平臺并使用Qt／Embeded開(kāi)發(fā)的風(fēng)力發(fā)電監控系統的截圖。
5 結束語(yǔ) 本文根據一個(gè)特定的目標平臺，介紹了如何構建基于Linux 2.6.16的嵌入式開(kāi)發(fā)平臺，介紹了移植的主要技術(shù)和整個(gè)流程，并在Qt／Embedd下開(kāi)發(fā)了風(fēng)力發(fā)電監控軟件。掌握這些移植和開(kāi)發(fā)技術(shù)，對于開(kāi)發(fā)嵌入式Linux應用系統十分重要，同時(shí)對于開(kāi)發(fā)其它類(lèi)型的嵌入式系統也具有一定的參考意義。 參考文獻 1. 胡豐凱.張林.鄒韜平 vivi 系統引導程序的網(wǎng)絡(luò )功能擴展 [期刊論文] -單片機與嵌入式系統應用2006(6) 2. 陶雪麗.李寶方.徐海 具有網(wǎng)絡(luò )和雙啟動(dòng)功能的S3C2410 BootLoader的實(shí)現 [期刊論文] -河南機電高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報2005(6) 3. 孫天澤.袁文菊.張海峰 嵌入式設計及Linux驅動(dòng)開(kāi)發(fā)指南 2005 作者：浙江工業(yè)大學(xué) 房若民 陳國定 來(lái)源： 電子元器件應用 2009 11(5) |
