基于ARM的嵌入式Linux開發(fā)平臺(tái)
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選用指南
在進(jìn)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://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/開發(fā)平臺(tái)">開發(fā)平臺(tái)。對(duì)于經(jīng)驗(yàn)豐富的開發(fā)者來說，當(dāng)然可以自己動(dòng)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(tái)上。但對(duì)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(dá)十幾種的內(nèi)核結(jié)構(gòu)、幾十個(gè)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(shí)帶來了一定的困難。客觀上講，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(tái)，否則的話要么無法完成所要求的功能，要么就會(huì)造成資源的浪費(fèi)，挑選出一個(gè)合適的方案確實(shí)很不容易。初學(xué)者在做決定時(shí)不妨借鑒下面的一些經(jīng)驗(yàn)。
ARM公司設(shè)計(jì)了一系列的微處理器內(nèi)核結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域的需要。如果用戶希望使用Windows CE或標(biāo)準(zhǔn)Linux等操作系統(tǒng)來減少軟件開發(fā)時(shí)間，就需要選用ARM720T以上帶有內(nèi)存管理單元(MMU)的ARM芯片，如ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T等。但對(duì)于ARM7TDMI這類沒有MMU的微處理器來說，只能運(yùn)行像UcLinux那樣不需要MMU支持的操作系統(tǒng)，而無法運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的Linux。
微處理器的工作頻率在很大程度上決定了其運(yùn)算能力的高低。ARM7系列微處理器的典型處理速度為0.9MIPS/MHz，常見的ARM7芯片的系統(tǒng)主時(shí)鐘為20MHz到133MHz;ARM9系列微處理器的典型處理速度為1.1MIPS/MHz，常見的ARM9芯片的系統(tǒng)主時(shí)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(shí)鐘頻率則可以高達(dá)400MHz。不同ARM芯片對(duì)時(shí)鐘的處理各不相同。有些芯片只有一個(gè)主時(shí)鐘頻率，而有些芯片的內(nèi)部時(shí)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(chǔ)器的容量都不大，需要用戶在設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)時(shí)擴(kuò)充外部存儲(chǔ)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(kuò)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(yùn)用這些外圍電路，來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所要求的功能。這樣既可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同時(shí)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(tái)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(shí)際應(yīng)用當(dāng)中還要根據(jù)情況靈活確定。筆者在展開對(duì)嵌入式Linux的研究和開發(fā)之時(shí)，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(jià)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(diǎn)，因此特別適合于對(duì)價(jià)格和功耗比較敏感的應(yīng)用場(chǎng)合，如手持設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信和工業(yè)控制等。
S3C4510B整個(gè)開發(fā)板的結(jié)構(gòu)大致如圖1所示。
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(huì)預(yù)裝一個(gè)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(shí)預(yù)裝的是其它的嵌入式操作系統(tǒng)，那么就需要自己動(dòng)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(shí)需要用到兩個(gè)平臺(tái)：一個(gè)是開發(fā)平臺(tái)(Host)，另一個(gè)是目標(biāo)平臺(tái)(Target)。開發(fā)平臺(tái)通常用普通的PC機(jī)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(biāo)平臺(tái)相連，從而共同構(gòu)成一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的基本開發(fā)環(huán)境。對(duì)于嵌入式Linux系統(tǒng)來說，最簡(jiǎn)單的開發(fā)環(huán)境只需要用到宿主機(jī)、目標(biāo)板和串行連接線。它們之間的連接如圖2所示。
當(dāng)硬件連接好之后，接下去該做的就是要在宿主機(jī)和目標(biāo)板之間建立起連接。這需要在宿主機(jī)上運(yùn)行一個(gè)終端仿真程序。Linux下終端仿真程序非Minicom莫屬。Minicom是一個(gè)界面友好，并且容易使用的串口通信程序，利用它可以很方便地對(duì)串行端口進(jìn)行監(jiān)視或控制，是嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境中非常重要的一個(gè)組成部分。稍微了解串行通信的人都知道，進(jìn)行串行通信時(shí)比較麻煩的是通信參數(shù)的設(shè)置。好在Minicom提供了非常友好的配置界面，通過執(zhí)行下面的命令將進(jìn)入Minicom的配置界面，如圖3所示。
# minicom -s
從選單中選擇Serial port setup項(xiàng)，進(jìn)入串行端口配置界面。然后用戶根據(jù)所用開發(fā)板的具體情況，選擇正確的串行設(shè)備文件、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗(yàn)位、硬件流控制和軟件流控制參數(shù)。在圖4中選擇的參數(shù)代表使用串口1(/dev/ttyS0)、波特率為19200bps、數(shù)據(jù)8位、無奇偶校驗(yàn)位、停止1位、無硬件流控制和無軟件流控制。
在設(shè)置好串行通信的參數(shù)之后，重新返回到Minicom的主配置界面;然后選擇Save setup as dfl項(xiàng)保存當(dāng)前配置值;再選擇Exit from Minicom項(xiàng)退出Minicom。
如果一切正常，下面就可以通過Minicom來與開發(fā)板建立起正常的通信了。首先執(zhí)行如下命令再次進(jìn)入Minicom：
# minicom
然后接通開發(fā)板上的電源，或者按下開發(fā)板上的復(fù)位鍵，就可以在Minicom中監(jiān)視到開發(fā)板上嵌入式Linux系統(tǒng)的當(dāng) 前運(yùn)行狀態(tài)。可以將Minicom想象成是開發(fā)板上嵌入式Linux系統(tǒng)的一個(gè)虛擬終端，也就是說在Minicom中輸入的所有命令都將交由開發(fā)板上的嵌入式Linux系統(tǒng)來進(jìn)行處理。
小結(jié)
構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)的首要任務(wù)是明確它到底要做些什么。用途決定了嵌入式系統(tǒng)的整個(gè)行為模式和體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)也決定了它所應(yīng)該采用的硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)。為嵌入式系統(tǒng)挑選目標(biāo)平臺(tái)必須審慎，因?yàn)檫@牽涉到有沒有好的開發(fā)環(huán)境和技術(shù)支持，一定要根據(jù)實(shí)際情況來挑選合適的處理器、合適的開發(fā)板和合適的開發(fā)環(huán)境。在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時(shí)請(qǐng)始終牢記一點(diǎn)，用戶需求永遠(yuǎn)是嵌入式系統(tǒng)的“第一推動(dòng)力”。
評(píng)論