基于ARM的嵌入式Linux開發(fā)平臺

　　在進行嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)時，首先面臨的難題就是如何挑選一個適合自己的開發(fā)平臺。ARM系列處理器是專門針對嵌入式設(shè)備設(shè)計的，是目前構(gòu)造嵌入式系統(tǒng)硬件平臺的首選。本文將介紹如何挑選適合實際需要的嵌入式開發(fā)平臺，如何構(gòu)建實用的開發(fā)環(huán)境，以及如何邁出嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)的第一步。

　　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?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。初學者在做決定時不妨借鑒下面的一些經(jīng)驗。

　　ARM公司設(shè)計了一系列的微處理器內(nèi)核結(jié)構(gòu)，以適應不同應用領(lǐng)域的需要。如果用戶希望使用Windows CE或標準Linux等操作系統(tǒng)來減少軟件開發(fā)時間，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。但對于ARM7TDMI這類沒有MMU的微處理器來說，只能運行像UcLinux那樣不需要MMU支持的操作系統(tǒng)，而無法運行標準的Linux。

　　微處理器的工作頻率在很大程度上決定了其運算能力的高低。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)各自不同的應用領(lǐng)域擴展了相應的功能模塊，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雜的工作。以上給出的只是一些基本的原則，實際應用當中還要根據(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用場合，如手持設(shè)備、網(wǎng)絡通信和工業(yè)控制等。

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

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/201706/349426.htm　　 　　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。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

　　當硬件連接好之后，接下去該做的就是要在宿主機和目標板之間建立起連接。這需要在宿主機上運行一個終端仿真程序。Linux下終端仿真程序非Minicom莫屬。Minicom是一個界面友好，并且容易使用的串口通信程序，利用它可以很方便地對串行端口進行監(jiān)視或控制，是嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境中非常重要的一個組成部分。稍微了解串行通信的人都知道，進行串行通信時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)行下面的命令將進入Minicom的配置界面，如圖3所示。

　　# minicom -s

　　 　　圖3 Minicom配置界面

　　從選單中選擇Serial port setup項，進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項保存當前配置值;再選擇Exit from Minicom項退出Minicom。

　　圖4 串行端口參數(shù)設(shè)置

　　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 前運行狀態(tài)?？梢詫inicom想象成是開發(fā)板上嵌入式Linux系統(tǒng)的一個虛擬終端，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)來進行處理。

　　小結(jié)

　　構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)的首要任務是明確它到底要做些什么。用途決定了嵌入式系統(tǒng)的整個行為模式和體系結(jié)構(gòu)，同時也決定了它所應該采用的硬件平臺和軟件平臺。為嵌入式系統(tǒng)挑選目標平臺必須審慎，因為這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)時請始終牢記一點，用戶需求永遠是嵌入式系統(tǒng)的“第一推動力”。