基于ADSP-BF533的μClinux嵌入式系統(tǒng)移植與開(kāi)發(fā)

Blackfin處理器是基于由美國(guó)模擬器件公司(ADI)和Intel公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的微信號(hào)架構(gòu)(MSA)的首款第4代DSP產(chǎn)品，它是ADI公司16 位產(chǎn)品的一個(gè)大系列。這一新產(chǎn)品是專(zhuān)為通信和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的通用DSP芯片，適合處理廣泛用于互聯(lián)網(wǎng)中的大量圖像、聲音、文本和數(shù)據(jù)流，也可應(yīng)用于汽車(chē)電子可視系統(tǒng)、寬帶無(wú)線系統(tǒng)、消費(fèi)類(lèi)多媒體電子、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、多通道VoIP、安全和監(jiān)督、機(jī)頂盒和視頻電話會(huì)議等方面。本文所用到的ADSP-BF533是Blackfin系列處理器的典型代表。

　　l μClinux簡(jiǎn)介

　　μClinux從Linux 2.0/2.4內(nèi)核派生而來(lái)，沿襲主流Linux的絕大部分特性。它是專(zhuān)門(mén)針對(duì)沒(méi)有MMU的CPU，并且為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。適用于沒(méi)有虛擬內(nèi)存或內(nèi)存管理單元(MMU)的處理器。由于μClinux在標(biāo)準(zhǔn)的Linux基礎(chǔ)上進(jìn)行了適當(dāng)?shù)牟眉艉蛢?yōu)化，形成了一個(gè)高度優(yōu)化的、代碼緊湊的嵌入式 Linux。雖然它的體積很小，但μClinux仍然保留了Linux的大多數(shù)的優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、完備的對(duì)各種文件系統(tǒng)的支持、以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的API等。

　　μClinux的主要特點(diǎn)如下：

　　(1)內(nèi)存管理

　　這部分是μClinux與傳統(tǒng)Linux區(qū)別最大的地方。對(duì)于μClinux來(lái)說(shuō)，其設(shè)計(jì)針對(duì)沒(méi)有MMU的處理器，即μC1inux不能使用處理器的虛擬內(nèi)存管理技術(shù)，μClinux仍然采用存儲(chǔ)器的分頁(yè)管理。系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)把實(shí)際存儲(chǔ)器進(jìn)行分頁(yè)，在加載應(yīng)用程序時(shí)程序分頁(yè)加載，但是由于沒(méi)有MMU管理，因此實(shí)際上μClinux采用實(shí)存儲(chǔ)器管理策略。這一點(diǎn)影響了系統(tǒng)工作的很多方面。

　　(2)μC1inux的內(nèi)核加載方式

　　μClinux的內(nèi)核有2種可選的運(yùn)行方式：可以在FLASH上直接運(yùn)行，也可以加載到內(nèi)存中運(yùn)行。由于RAM的存取速率要比FLASH高，因此后者可以減少內(nèi)存需要，運(yùn)行速度也更快。

　　(3)μClinux的文件系統(tǒng)

　　μClinux系統(tǒng)采用rotors文件系統(tǒng)。這種文件系統(tǒng)相對(duì)于一般的ext2文件系統(tǒng)要求更少的空間。這是由于內(nèi)核支持romfs文件系統(tǒng)比支持 ext2文件系統(tǒng)需要更少的代碼，而且romfs文件系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單建立文件系統(tǒng)超級(jí)塊(superblock)需要的存儲(chǔ)空間更少。

　　(4)μClinux的應(yīng)用程序庫(kù)

　　μClinux小型化的另一個(gè)做法是重寫(xiě)應(yīng)用程序庫(kù)。相對(duì)于越來(lái)越大且越來(lái)越全的庫(kù)glibc μClibc對(duì)libc做了精簡(jiǎn)。

　　(5)可執(zhí)行文件格式

　　μClinux系統(tǒng)使用flat可執(zhí)行文件格式。另外，μClinux還提供通用的Linux APl支持完整的TCP/IP協(xié)議堆棧和大量其他的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，支持包括NFSext2ROMfs等多種文件系統(tǒng)。

　　2 建立μClinux開(kāi)發(fā)環(huán)境

　　嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與一般的應(yīng)用開(kāi)發(fā)最大的差別在于，前者需要建立特殊的硬件環(huán)境，而后者一般基于特定的操作系統(tǒng)或分布式平臺(tái)。后者的平臺(tái)已經(jīng)對(duì)硬件或網(wǎng)絡(luò)媒質(zhì)做了抽象，從而不需要由系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者來(lái)完成這些工作。而在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，這也由開(kāi)發(fā)者完成。

　　嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境一般分成主機(jī)端(HOST)和目標(biāo)板(TARGET)兩個(gè)部分。主機(jī)端是開(kāi)發(fā)平臺(tái)，用于運(yùn)行開(kāi)發(fā)過(guò)程中的各種工具(如Linux操作系統(tǒng)和ADI提供的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Visual DSP++等);目標(biāo)板是運(yùn)行和測(cè)試平臺(tái)，是嵌入式系統(tǒng)的最終駐留環(huán)境。在主機(jī)端和目標(biāo)板之間需要通過(guò)某種方式進(jìn)行通信，如使用。RS 232串口或網(wǎng)口。通信的目的在于發(fā)送控制指令和傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)獲得反饋信息。圖1是系統(tǒng)移植工作的硬件環(huán)境。

　　目標(biāo)板的硬件平臺(tái)如圖1所示：

　　主機(jī)端的PC使用COM1和BF533的UART相連接，通過(guò)串口完成對(duì)目標(biāo)板的必要控制功能。本文設(shè)計(jì)的ADSP—BF533目標(biāo)板上配備有1塊SMSC LAN91C111以太網(wǎng)卡芯片和主機(jī)端建立原始(raw)IP連接，使用鏈路層地址完成大批量數(shù)據(jù)的傳送。

　　在硬件環(huán)境建立之后，就需要?jiǎng)?chuàng)建軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。軟件環(huán)境主要是指Blackfin體系結(jié)構(gòu)的交叉編譯環(huán)境。建立交叉編譯環(huán)境首先要有交叉開(kāi)發(fā)工具。交叉編譯工具是指一組運(yùn)行在某一種處理器上，卻可以編譯出另一種處理器卜執(zhí)行的指令的工具。它由一套用于編譯、匯編和鏈接內(nèi)核及應(yīng)用程序的組件組成，通過(guò)編譯可以使μClinux內(nèi)核和應(yīng)用程序在目標(biāo)設(shè)備上運(yùn)行。

　　編譯μClinux一般使用GNU開(kāi)發(fā)套件作為交叉編譯器工具鏈，它包括一系列的開(kāi)發(fā)和調(diào)試工具。在官方網(wǎng)站 http：//blackfin.μClinux.org上提供了Blackfin系列處理器內(nèi)核的交叉編譯工具。下載后按照說(shuō)明解壓到Linux系統(tǒng)的相應(yīng)文件夾里，并設(shè)置系統(tǒng)環(huán)境變量，使這些交叉編譯工具所在的目錄為全局環(huán)境變量。至此就建立好了μClinux的軟件開(kāi)發(fā)