基于ADSP―BF533的μClinux嵌入式系統(tǒng)移植與開發(fā)

Blackfin處理器是基于由美國模擬器件公司(ADI)和Intel公司聯(lián)合開發(fā)的微信號架構(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)用于汽車電子可視系統(tǒng)、寬帶無線系統(tǒng)、消費(fèi)類多媒體電子、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、多通道VoIP、安全和監(jiān)督、機(jī)頂盒和視頻電話會議等方面。本文所用到的ADSP一 BF533是Blackfin系列處理器的典型代表。

l μClinux簡介
μClinux從Linux 2．0／2．4內(nèi)核派生而來，沿襲主流Linux的絕大部分特性。它是專門針對沒有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。對于μClinux來說，其設(shè)計(jì)針對沒有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仍然采用存儲器的分頁管理。系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)把實(shí)際存儲器進(jìn)行分頁，在加載應(yīng)用程序時(shí)程序分頁加載，但是由于沒有MMU管理，因此實(shí)際上μClinux采用實(shí)存儲器管理策略。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)相對簡單建立文件系統(tǒng)超級塊(superblock)需要的存儲空間更少。
(4)μClinux的應(yīng)用程序庫
μClinux小型化的另一個(gè)做法是重寫應(yīng)用程序庫。相對于越來越大且越來越全的庫glibc μClibc對libc做了精簡。
(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開發(fā)環(huán)境
嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)與一般的應(yīng)用開發(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。后者的平臺已經(jīng)對硬件或網(wǎng)絡(luò)媒質(zhì)做了抽象，從而不需要由系統(tǒng)開發(fā)者來完成這些工作。而在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，這也由開發(fā)者完成。
嵌入式系統(tǒng)開發(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)端是開發(fā)平臺，用于運(yùn)行開發(fā)過程中的各種工具(如Linux操作系統(tǒng)和ADI提供的集成開發(fā)環(huán)境Visual DSP++等)；目標(biāo)板是運(yùn)行和測試平臺，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)板的硬件平臺如圖1所示：

主機(jī)端的PC使用COM1和BF533的UART相連接，通過串口完成對目標(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開發(fā)套件作為交叉編譯器工具鏈，它包括一系列的開發(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的軟件開發(fā)環(huán)境。

3 利用U―Boot引導(dǎo)內(nèi)核
U―Boot(Universal Boot Loader)是當(dāng)前比較流行的遵循GPL條件的開放源碼項(xiàng)目。也是是嵌入式Linux系統(tǒng)常用的Boot Loader之一。其完成的功能是初始化硬件設(shè)備、改變處理器運(yùn)行模式、重組中斷向量和建立內(nèi)存空間映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件帶到一個(gè)合適的狀態(tài)或者用戶定制的特定狀態(tài)，以便為最終加載操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。