基于gnuboy虛擬機的嵌入式實驗平臺的移植與優(yōu)化

Gnuboy已經(jīng)實現(xiàn)了i386匯編代碼的一些優(yōu)化工作,能夠在奔騰機器上運行良好,除此之外,到目前為止,它能夠運行的平臺還很有限。隨著嵌入式系統(tǒng)設計技術(shù)的發(fā)展,PDA、Smartphone等嵌入式產(chǎn)品的功能不斷地得到擴展,適應用戶的需要, Gnuboy在嵌入式產(chǎn)品中的移植應用非常具有前景。目前Gnuboy在ARM Linux下還沒有得到很好的應用,本文就是在構(gòu)建的基于ARM920T Linux的嵌入式平臺上對gnuboy運用進行的嘗試性工作,同時, Gnuboy作為一種虛擬機技術(shù),本文的工作對研究虛擬機技術(shù)在ARM L inux中的應用也具有一定的價值。

　　硬件環(huán)境

　　本實驗測試板采用Motorola公司的MX1 Lite,系統(tǒng)的主要模塊有處理器內(nèi)核模塊、用戶接口模塊、連接設備模塊等,如圖1所示,下面分別進行介紹。

　　1)處理器內(nèi)核模塊采用v4T體系結(jié)構(gòu)的ARM920T 內(nèi)核擁有16K的指令緩存和16K的數(shù)據(jù)緩存; 外部接口模塊提供了最多6 個片選信號來訪問外部設備,其中連接的12Kx16bits的NOR Flash 經(jīng)過配置用于系統(tǒng)啟動; SDRAM 控制器提供了對使用32Mx32bits的SDRAM的訪問控制。

　　2)用戶接口模塊由于MX1 L ite沒有模擬信號處理模塊,無法直接接收觸摸屏的輸入,所以本系統(tǒng)采用了TI的TSC2301芯片來支持觸摸屏的輸入功能,它與主芯片通過連續(xù)外設接口協(xié)議連接,它不僅可以接收觸摸屏的輸入,而且它還支持聲音數(shù)模轉(zhuǎn)換和輸入輸出等功能; LCD 控制器用于給外部液晶顯示屏提供顯示數(shù)據(jù),LCD采用了Sharp 的20x240 HR - TFT LCD,它支持觸摸屏輸入,分辨率為320x240。

　　3)連接設備模塊包含有多媒體卡/數(shù)字安全主機控制模塊、內(nèi)存棒控制器和智能卡接口,以此來連接用于外部存儲的多媒體卡。

　　Gnuboy軟件結(jié)構(gòu)和一些工具軟件

　　Gnuboy是基于Qt系統(tǒng)的,可從圖2中看出它和整個系統(tǒng)的關系。本文構(gòu)建的基于ARM920T的嵌入式L inux平臺下采用的是嵌入式系統(tǒng)的QT 版本: QT/Embedded 和Qtop ia(QPE) ,這有助于模擬器的移植。

　　QT/Embedded和Qtopia

　　QT/Embedded和Qtopia是著名的QT庫開發(fā)商TrollTech開發(fā)的基于Framebuffer、面向嵌入式系統(tǒng)的QT版本。它的特點是界面美觀、色彩配比好,使用與QT/Windows和QT/X11 完全一致的AP I接口,許多基于QT的程序可以非常方便地移植到嵌入式系統(tǒng)。Qtopia 包括了全套的個人信息管理PIM,如地址本、日程安排、游戲、配置工具等。QT/Embedded實現(xiàn)了對下層輸入設備的驅(qū)動和底層圖形接口以及各基類和AP I,它在編譯后生成函數(shù)庫被應用程序調(diào)用。Qtopia也是以客戶/服務器的方式,通過消息機制來管理各種應用程序。圖3描述了QT應用程序的執(zhí)行方式及系統(tǒng)結(jié)構(gòu),其中X Server是核心。

　　一些工具軟件

　　移植前需要在宿主機上建立ARM 的交叉編譯環(huán)境,主要用到的開發(fā)工具包括三個部分: binutils、gcc、glibc。

　　● Binutils — 用于操作二進制文件的實用程序集合,包括諸如匯編器as、二進制轉(zhuǎn)換工具( objdump、objcopy) 等這樣的實用程序;

　　● Gcc — GNUC編譯器(C編譯器gcc和C + +編譯器g + + ) ;

　　● Glibc —所有應用程序?qū)㈡溄拥降腃庫。

　　可以直接從Internet上下載已經(jīng)編譯的二進制文件安裝到PC機上,并相應設置比如路徑等這樣一些比較簡單的參數(shù)即可使用,但必須保證編譯時所用的函數(shù)庫版本與目標板上運行時所使用的函數(shù)庫版本的一致。ARM Developer Suite它是全套的實時開發(fā)軟件工具包,編譯器生成的代碼密度和執(zhí)行速度優(yōu)異,可快速低價地創(chuàng)建ARM結(jié)構(gòu)應用。

　　移植和優(yōu)化

　　Gnuboy是一種虛擬機機制,它對具體硬件的操作是通過操作系統(tǒng)(這里是L inux)來進行的,圖4 為它對基于ARMlinux平臺硬件操作的抽象層次。

　　這個抽象層次也適用于在ARM Linux平臺下用C語言編寫的一般虛擬技術(shù)應用。越是頂層越是抽象,代碼可移植性就越好;越是底層,越是硬件相關,代碼可移植性就越差,但代碼執(zhí)行速度越快。這也是一般虛擬機移植和優(yōu)化思想的體現(xiàn),提高移植性,多運用抽象的接口,提高速度,多一些直接操作硬件的代碼。

　　移植

　　Gnuboy在此平臺上的正確運行需要解決中斷、提供Framebuffer支持、數(shù)據(jù)存儲格式、字符串到64位整數(shù)轉(zhuǎn)換等問題。

　　中斷問題

　　Gnuboy需要依賴宿主操作系統(tǒng)(這里是L inux)來提供輸入/輸出等基本服務,讓宿主操作系統(tǒng)作為它與硬件設備的中間人,這種游離于硬件通信細節(jié)之外的方法具有良好的可移植性,本文要解決的主要是提供對鍵盤輸入和游戲控制終端的中斷響應和處理。

　　在本文構(gòu)建的平臺下,需要編寫相應的鍵盤和游戲控制終端的Linux驅(qū)動程序,以模塊方式加載后,在Gnuboy中打開該設備。對應鍵盤處理,在Gnuboy中需要調(diào)整相應的鍵盤設置代碼使之與系統(tǒng)一致。