ColdFire單片機(jī)在 Clinux上的應(yīng)用

coldfire系列處理器介紹

飛思卡爾32位處理器分為powerpc系列、coldfire系列以及dragonball系列等。coldfire系列是重要的組成部分之一，它可以應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器儀表、民用產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品等領(lǐng)域。coldfire系列具有很好的性價(jià)比，它的價(jià)格從2美金到20美金不等。coldfire系列處理器擁有許多開發(fā)工具并為使用者提供了一些現(xiàn)成的解決方案，這使得使用者能夠快速地開發(fā)出自己的應(yīng)用產(chǎn)品。

coldfire處理器有v2核和v4核之分，52系列為v2核架構(gòu)，54系列為v4架構(gòu)。下面以v2核為例介紹其性能：

v2核擁有變長(zhǎng)的risc指令集；有2個(gè)獨(dú)立的流水線；用3個(gè)長(zhǎng)字的fifo緩沖區(qū)將流水線彼此分離；32位的內(nèi)部地址總線支持4gb的線性地址空間；32位數(shù)據(jù)總線；16個(gè)用戶可用的32位通用寄存器；它支持高級(jí)語言結(jié)構(gòu)的優(yōu)化等許多性能。

mcf527x系列主要有mcf5270到mcf5275處理器，它主要適用于遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)安全加密設(shè)備、以太網(wǎng)集線器、家用路由器等產(chǎn)品。其主要特點(diǎn)是： v2 coldfire內(nèi)核，在166mhz時(shí)鐘頻率下可具有159mips的處理能力；32 32位的增強(qiáng)型乘法累計(jì)單元以及硬件的除法器；具有8kb或16kb字節(jié)的可配置指令/數(shù)據(jù)高速緩存；具有豐富的外設(shè)接口；封裝形式分為196管腳的bga和256管腳的bga封裝。

mcf523x系列產(chǎn)品主要有mcf5232、mcf5235等，它的最大特點(diǎn)是增加了增強(qiáng)型的時(shí)序處理單元（etpu）。該功能特別適用于網(wǎng)絡(luò)通信安全的產(chǎn)品。它也是其v2 coldfire內(nèi)核結(jié)構(gòu)。

mcf547x系列和mcf548x系列產(chǎn)品的主要特點(diǎn)是使用第四代增強(qiáng)型coldfire內(nèi)核（v4e）。它們特別適用于工具自動(dòng)化、流程控制、機(jī)器人、醫(yī)療儀器等。

除了上述處理器外，飛思卡爾coldfire系列還包括最早得到使用的mcf5272處理器，集成了以太網(wǎng)媒體接入控制器（mac）和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件的mcf5282處理器，以及集成外設(shè)和增強(qiáng)型乘法累加器的mcf5249處理器等。

clinux應(yīng)用程序開發(fā)

目前所使用的coldfire編程環(huán)境主要有兩種，下面以mcf5249開發(fā)板為例，介紹 clinux的運(yùn)行與運(yùn)用。

clinux應(yīng)用程序開發(fā)

1. 建立宿主機(jī)開發(fā)環(huán)境

開發(fā)時(shí)使用宿主機(jī)上的交叉編譯、匯編及鏈接工具形成可執(zhí)行的二進(jìn)制代碼，然后把可執(zhí)行文件下載到目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行。

clinux的硬件開發(fā)環(huán)境主要有宿主機(jī)和目標(biāo)板。宿主機(jī)建議安裝redhat9.0版，目標(biāo)板可選用mcf5249、5282、5272等。宿主機(jī)和目標(biāo)板之間的連接可以采用并口線、串口線或者直連的網(wǎng)線。

2. 開發(fā)模式

首先在宿主機(jī)（pc機(jī)）上調(diào)試通過后，再移植到目標(biāo)板上。這種方式下可以使用gdb調(diào)試工具。移植主要涉及到函數(shù)庫問題以及改動(dòng)makefile以適應(yīng)不同的目標(biāo)板。通常采用直接在目標(biāo)板上進(jìn)行開發(fā)的模式。將宿主機(jī)和目標(biāo)板通過串口線相連，在宿主機(jī)上運(yùn)行minicom作為目標(biāo)板的顯示終端，掛載宿主機(jī)硬盤，直接在目標(biāo)板上調(diào)試應(yīng)用。
直接在目標(biāo)板上調(diào)試應(yīng)用程序的方法有以下三種：

（1）打印串口。這是嵌入式系統(tǒng)最常用的調(diào)試手段，簡(jiǎn)單而實(shí)用、有效。

（2）使用log記錄文件。

（3）gdb調(diào)試。

clinux驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)

clinux驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)從應(yīng)用開發(fā)概念層次上看可分為上、中、下三層，最下層為硬件，中間層為嵌入式操作系統(tǒng)、最上層為應(yīng)用程序。硬件層和嵌入式操作系統(tǒng)之間依靠驅(qū)動(dòng)程序來連接，而嵌入式操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序之間通過調(diào)用來實(shí)現(xiàn)。

linux下，驅(qū)動(dòng)程序是靠設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來實(shí)現(xiàn)的，linux將不同的設(shè)備分歸為三類：字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。字符設(shè)備中常見的有串口、顯示器、打印機(jī)等；塊設(shè)備中常見的有硬盤、磁盤、光盤等；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一般為各種網(wǎng)絡(luò)接口。

clinux應(yīng)用實(shí)例

基于 clinux的qspi數(shù)據(jù)采集

串行外圍接口（spi）是飛思卡爾公司提出的同步串行外設(shè)接口，它允許cpu與各種外圍接口器件以串行方式進(jìn)行通信、交換信息。qspi模塊提供隊(duì)列傳輸性能的串行外圍接口。

從 qspi結(jié)構(gòu)上看，qspi模塊有7個(gè)信號(hào)引腳，其中4個(gè)是片選信號(hào)。它有80個(gè)字節(jié)的qspi ram。它的控制邏輯與內(nèi)部總線相連。隊(duì)列控制區(qū)與地址寄存器相連。4個(gè)外圍設(shè)備片選信號(hào)用于選擇哪一個(gè)外部器件與qspi通信。片選信號(hào)只作簡(jiǎn)單的片選，但可通過外部4～16譯碼器來控制多達(dá)15個(gè)端口。

對(duì)于32位coldfire處理器可以采用三種方式控制qspi（以mcf5249為例），它們分別是：

1、裸機(jī)方式，即不需要 clinux的支持，直接mcf5249的qspi寄存器進(jìn)行設(shè)置。

2、在 clinux中直接設(shè)置qspi寄存器，以用戶應(yīng)用程序的方式控制qspi操作。

3、以 clinux驅(qū)動(dòng)形式加入qspi控制程序，同時(shí)為用戶提供qspi接口。用戶通過所提供的接口對(duì)qspi進(jìn)行設(shè)置控制。
本文的數(shù)據(jù)采集方案是第3種方法。

基于 clinux的usb數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

基于 clinux的usb數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中mcf5249開發(fā)板作為usb host端，u盤作為存儲(chǔ)介質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)靈活的存儲(chǔ)與移動(dòng)。

clinux中的usb驅(qū)動(dòng)主要模塊為：