基于ARM的嵌入式Linux開發(fā)平臺構(gòu)建

隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)的飛速發(fā)展和3C(計算機、通信、消費電子)的融合,嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)滲透到各個領(lǐng)域。在32位嵌入式微處理器市場上,基于ARM(Advanced RISC Machine)內(nèi)核的微處理器在市場上處于絕對的領(lǐng)導(dǎo)地位,因此追蹤ARM技術(shù)的發(fā)展趨勢顯得尤為重要。在嵌入式操作系統(tǒng)的選擇上,Linux一直因其內(nèi)核精簡、代碼開放、易于移植等特點受到廣大嵌入式系統(tǒng)工程師的青睞。另外,嵌入式系統(tǒng)一旦具備網(wǎng)絡(luò)接入功能,其信息處理能力更加強大,因此有必要為嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建Web服務(wù)器。本文主要目的是研究基于ARM的嵌入式Linux開發(fā)平臺構(gòu)建,并在此基礎(chǔ)上進行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的開發(fā)。

選用指南

在進行嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)之前，首先必須要選擇恰當(dāng)?shù)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/開發(fā)平臺">開發(fā)平臺。對于經(jīng)驗豐富的開發(fā)者來說，當(dāng)然可以自己動手組裝硬件，然后挑選合適的嵌入式Linux系統(tǒng)，將其移植到開發(fā)平臺上。但對于初學(xué)者來說，可能更好的辦法是購買硬件廠商已經(jīng)做好的開發(fā)板，將精力集中在應(yīng)用程序的開發(fā)上。

雖然ARM微處理器有多達十幾種的內(nèi)核結(jié)構(gòu)、幾十個芯片生產(chǎn)廠家和眾多的功能組合，但這也給廣大嵌入式開發(fā)人員在確定方案時帶來了一定的困難?？陀^上講，嵌入式系統(tǒng)一般都是量身打造的。開發(fā)人員必須依據(jù)客戶需求選擇合適的軟硬件平臺，否則的話要么無法完成所要求的功能，要么就會造成資源的浪費，挑選出一個合適的方案確實很不容易。初學(xué)者在做決定時不妨借鑒下面的一些經(jīng)驗。

ARM處理器包含ARM7系列，ARM9系列，ARM9E系列，ARM10E系列，SecurCore系列，Inter的Xscale，Inter的StrongARM ARM11系列 其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10為4個通用處理器系列，每一個系列提供一套相對獨特的性能來滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。SecurCore系列專門為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計。

ARM7系列微處理器的典型處理速度為0.9MIPS/MHz，ARM9系列微處理器的典型處理速度為1.1MIPS/MHz，常見的ARM7芯片的系統(tǒng)主時鐘為20MHz到133MHz;常見的ARM9芯片的系統(tǒng)主時鐘為100MHz到233MHz;ARM10系列微處理器的典型處理速度為1.25MIPS/MHz，其時鐘頻率則可以高達400MHz。不同ARM芯片對時鐘的處理各不相同。有些芯片只有一個主時鐘頻率，而有些芯片的內(nèi)部時鐘控制器則可以分別為ARM核、USB、UART和DSP等功能部件提供不同頻率。

大多數(shù)ARM微處理器片內(nèi)存儲器的容量都不大，需要用戶在設(shè)計嵌入式系統(tǒng)時擴充外部存儲器。

除了ARM微處理器核之外，幾乎所有的ARM芯片都根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域擴展了相應(yīng)的功能模塊，并集成在芯片之中，從而形成了片內(nèi)外圍電路，如USB接口、I/O接口、RTC和LCD控制器等。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)人員應(yīng)該盡可能運用這些外圍電路，來實現(xiàn)系統(tǒng)所要求的功能。這樣既可以簡化系統(tǒng)的設(shè)計，同時又能夠提高系統(tǒng)的可靠性。

為嵌入式系統(tǒng)挑選合適的硬件平臺是一件很復(fù)雜的工作。以上給出的只是一些基本的原則，實際應(yīng)用當(dāng)中還要根據(jù)情況靈活確定。筆者在展開對嵌入式Linux的研究和開發(fā)之時，經(jīng)過比較和鑒別，選用了一款基于S3C4510B處理器的開發(fā)板。它是由三星公司推出的一款具有很高性價比的16/32位RISC微控制器，采用的是ARM公司提供的ARM7TDMI RISC處理器核。由于它具有高性能、低功耗等優(yōu)點，因此特別適合于對價格和功耗比較敏感的應(yīng)用場合，如手持設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信和工業(yè)控制等。

S3C4510B整個開發(fā)板的結(jié)構(gòu)大致如圖1所示。

圖1 基于S3C4510B的開發(fā)板框圖

快速入門

下面就來一睹嵌入式Linux的芳容。如果用戶的開發(fā)板是由專門的硬件廠商提供的，一般來說都會預(yù)裝一個嵌入式操作系統(tǒng)，如Windows CE、Palm OS或Linux等。此處介紹的S3C4510B開發(fā)板預(yù)裝的是嵌入式Linux。我們不妨借用它來感受一下嵌入式Linux的開發(fā)方法。如果用戶的開發(fā)板是自己組裝的，或者買來時預(yù)裝的是其它的嵌入式操作系統(tǒng)，那么就需要自己動手來重新構(gòu)建系統(tǒng)了。

正如前面介紹過的，在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時需要用到兩個平臺：一個是開發(fā)平臺(Host)，另一個是目標平臺(Target)。開發(fā)平臺通常用普通的PC機充當(dāng)。它可以通過串行端口、并行端口和以太網(wǎng)等方式與目標平臺相連，從而共同構(gòu)成一個嵌入式系統(tǒng)的基本開發(fā)環(huán)境。對于嵌入式Linux系統(tǒng)來說，最簡單的開發(fā)環(huán)境只需要用到宿主機、目標板和串行連接線。它們之間的連接如圖2所示。

圖2 最簡單的開發(fā)環(huán)境