基于MPC8250的嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)
我們開發(fā)了某型飛機(jī)外場(chǎng)維護(hù)系統(tǒng)的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端通訊平臺(tái),其硬件核心采用Motorola公司的嵌入式PowerPC處理器MPC8250,軟件方面采用嵌入式linux作為操作系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)外場(chǎng)維護(hù)與飛機(jī)故障診斷系統(tǒng)的安全、快速通信。這個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)具有體積小、功耗低、性能高等特點(diǎn)。
MPC8250構(gòu)架與系統(tǒng)硬件平臺(tái)簡(jiǎn)介
PowerPC是Linux較早開始支持的處理器之一。PowerPC處理器芯片MPC8250基于PowerQUICC(Quad Integrated CommunicationsController)II 結(jié)構(gòu),是面向高性能、低功耗、小體積的通信設(shè)備而開發(fā)的處理器。其內(nèi)部集成了一個(gè)高性能嵌入式G2 內(nèi)核、一個(gè)靈活的系統(tǒng)集成單元SIU和許多控制領(lǐng)域的常用外圍通信組件(組成通信處理模塊CPM,CommunicationsProcessor Module),可用于許多方面,尤其是在通訊和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方面。G2內(nèi)核頻率在150-200MHz之間,CPM、PCI最高頻率為133MHz,外部頻率為66MHz,可同時(shí)處理高達(dá)
根據(jù)目標(biāo)系統(tǒng)的不同,系統(tǒng)硬件平臺(tái)可以引出所需的MPC8250的外部通訊接口。我們的系統(tǒng)提供了8M的flash用于存放內(nèi)核鏡像文件、文件系統(tǒng)、應(yīng)用程序和備份數(shù)據(jù),64MSDRAM用作內(nèi)存,521KB 的flash用于存放啟動(dòng)代碼,此外還有RS232串口、10/100M以太網(wǎng)口以及JTAG支持等。
基于MPC8250的嵌入式linux系統(tǒng)開發(fā)
編譯環(huán)境的定制
通常主機(jī)與目標(biāo)板的CPU都不相同,需要進(jìn)行交叉編譯。能夠進(jìn)行交叉編譯的工具很多,一般使用GNU C,它包括gcc、g++編譯器,glibc、newlib 等C庫(kù),binutils 以及其他一系列開發(fā)工具。不同的開發(fā)平臺(tái)需要不同的交叉編譯工具。這里我們選擇德國(guó)denx軟件中心提供的一套用于PowerPC嵌入式linux移植的開發(fā)編譯環(huán)境ELDK3.0(Embedded LinuxDevelopmentKit)。
在主機(jī)上安裝完畢后,修改bash_profile配置文件的路徑和交叉編譯環(huán)境,具體如下:
PATH=$PATH:$HOME /bin:/opt/afeu/usr/bin:/opt/afeu/bin:/usr/bin
CROSS_COMPILE=ppc_82xx
EXPORT PATH CROSS_COMPILE
目標(biāo)系統(tǒng)資源分配
嵌入式linux系統(tǒng)一般沒有硬盤設(shè)備,存儲(chǔ)空間十分有限。這就要求在Linux移植之前,需要對(duì)系統(tǒng)硬件地址精心分配,充分合理地利用。根據(jù)前面介紹的系統(tǒng)硬件平臺(tái),這里給出目標(biāo)設(shè)備的地址分配,如表1所示。
表1 目標(biāo)設(shè)備的地址分配
調(diào)試環(huán)境的建立
在嵌入式系統(tǒng)中一般沒有顯示器等輸出設(shè)備,不利于在目標(biāo)系統(tǒng)上進(jìn)行調(diào)試。為了調(diào)試目標(biāo)系統(tǒng),我們通過JTAG仿真器BDI2000來跟蹤調(diào)試目標(biāo)機(jī)上的代碼。其調(diào)試環(huán)境如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)調(diào)試環(huán)境
其中網(wǎng)卡1#和目標(biāo)機(jī)直接相連,用來下載內(nèi)核鏡像,NFS文件共享等。網(wǎng)卡2#連接到BDI2000上,再通過JTAG口連接到目標(biāo)機(jī)上。串口用于命令傳輸、接收返回信息等。
Linux系統(tǒng)引導(dǎo)模塊U-Boot
U-BOOT是denx軟件中心依照GPL(General PubliCLicense)發(fā)布的系統(tǒng)引導(dǎo)模塊,支持多種處理器,如ARM系列、PowerPC系列、MIPS 系列、X86系列等。編譯U-BOOT-1.1.0后生成可執(zhí)行文件,然后根據(jù)自己的目標(biāo)系統(tǒng)修改編輯U-BOOT包下的文件,進(jìn)行移植(這里需要說明的是,由于找不到MPC8250的支持包,而它和TQM8260內(nèi)核相差不大,所以下面采用8260ads 的支持包,同樣兼容)如:
修改目標(biāo)系統(tǒng)配置文件./include/configs/MPC8260ADS.h中的寄存器值、SDRAM 控制器參數(shù)、串口參數(shù)等;
修改目標(biāo)板定義文件./board/mpc8260ads/mpc8260ads.C中的I/O 端口定義;
修改BCSR 等;
U-Boot在引導(dǎo)Linux內(nèi)核啟動(dòng)時(shí),向內(nèi)核傳遞了一個(gè)命令行,內(nèi)核根據(jù)這個(gè)命令行的參數(shù)來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。在linux內(nèi)核啟動(dòng)時(shí),必須要掛載一個(gè)根文件系統(tǒng)。根文件系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)NFS 和本地文件系統(tǒng)LFS兩種方式提供。
(1)通過NFS引導(dǎo)Linux系統(tǒng)
通過NFS 引導(dǎo)Linux,其bootargs設(shè)置如下:
(2)通過LFS引導(dǎo)linux系統(tǒng)
通過LFS引導(dǎo)linux,可將bootargs設(shè)置如下:
setenv bootargs root="/dev/mtdblock1" rw
ip=24.86.246.216: 24.86.246.100: 24.86.246.100: 255.255. 255.0:afeu: eth1: off
內(nèi)核裁減與移植
(1)Linux內(nèi)核裁減:嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)單元十分有限,精簡(jiǎn)內(nèi)核顯得尤為重要。內(nèi)核裁減主要是去掉無用模塊,增加所需模塊,使之更符合目標(biāo)系統(tǒng)。這主要包括平臺(tái)類型(platformsupport)的選擇,我們選擇TQM8260;Memory Technology Device(MTD)選擇內(nèi)核對(duì)MTD和Flash的支持;Networking options選擇內(nèi)核對(duì)網(wǎng)絡(luò)的支持;file systems 選擇內(nèi)核對(duì)文件系統(tǒng)的支持;MPC8260CPMoptions用于配置目標(biāo)系統(tǒng)的一些通信設(shè)備。
裁減完內(nèi)核后需要對(duì)其重新進(jìn)行編譯,方法與通用linux編譯基本無異,限于篇幅,不再贅述。
(2)Linux內(nèi)核移植:內(nèi)核移植源碼主要分部在Linux/include/arch/ppC下。根據(jù)目標(biāo)系統(tǒng),對(duì)與_res 變量相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)試跟蹤修改,其修改的關(guān)鍵代碼如下:
對(duì)于arch/ppc/8260_io/commproc.c,改宏定義為:#defineBRG_INT_CLK(16 * 1000000);
在arch/ppc/8260_io/uart.C中設(shè)置波特率:bd->bi_baudrate=9600;
在arch/ppc/kernel/m8260_setup.C中設(shè)置總線頻率:bininfo->bi_busfreq=66;
設(shè)置arch/ppc/kernel/m8260_setup.C中的系統(tǒng)重啟地址為:
startaddr=0xeff00100;
此外,還需要修改MTD 設(shè)置,主要是修改drivers/mtd/maps/tqm8260.c文件中的分區(qū)定義(和目標(biāo)系統(tǒng)地址分配有關(guān))和目標(biāo)系統(tǒng)的Flash 的配置,使其滿足自己系統(tǒng)的要求。關(guān)于8M Flash的分區(qū)會(huì)在文件系統(tǒng)中敘述。
修改完內(nèi)核源碼,反復(fù)調(diào)試無誤后,鏡像內(nèi)核文件,并使用U-Boot通過tftp將內(nèi)核鏡像文件下載到目標(biāo)板上。重新引導(dǎo)后,目標(biāo)板linux即可成功啟動(dòng)。
文件系統(tǒng)
(1)文件系統(tǒng)的分類:根據(jù)物理位置文件系統(tǒng)一般可分為網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)NFS和本地文件系統(tǒng)LFS。NFS 對(duì)于目標(biāo)系統(tǒng)
Linux支持的文件系統(tǒng)格式主要有CRAMFS(CompressedROMFile System)和JFFS(Journalling Flash File System)。其中前者是只讀的,在啟動(dòng)時(shí)裝載較快,可用來存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)連接庫(kù)、應(yīng)用程序、初始化腳本等;后者可進(jìn)行讀寫操作,其第2個(gè)版本即JFFS2,還較好地解決了諸如Flash 的空間、使用壽命和垃圾回收問題。
(2)Flash分區(qū):基于對(duì)CRAMFS和JFFS兩種文件系統(tǒng)的上述分析,可以將flash劃分為只讀區(qū)和可讀寫區(qū),這既有利于linux系統(tǒng)的正常啟動(dòng),又利于文件的數(shù)據(jù)保護(hù)。其分區(qū)如表2所示。
EDLK3.0提供的文件系統(tǒng)較大,而且很多對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)都沒有用,需要對(duì)其進(jìn)一步進(jìn)行裁減。裁減之后需要完善文件系統(tǒng),以最大可能地符合目標(biāo)系統(tǒng)。最后需要將裁減完善后的文件系統(tǒng)掛載為根文件系統(tǒng)。
表2 flash 空間分配
結(jié) 論
基于PowerPC處理器MPC8250嵌入式linux系統(tǒng)充分發(fā)揮了linux對(duì)網(wǎng)絡(luò)和MPC8250等設(shè)備的強(qiáng)大支持功能。與傳統(tǒng)的人工查閱故障診斷手冊(cè)相比,該系統(tǒng)可與飛機(jī)故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊,有利于故障的快速查詢、維修方案的快速選定。
linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解(linux不再難懂)
評(píng)論