基于32位RISC處理器SoC平臺(tái)的Linux操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

引言

智原科技的FIE8100 SoC平臺(tái)是一種低功耗、便攜式視頻相關(guān)應(yīng)用開發(fā)SoC平臺(tái)，也可用于基于FA526 CPU的SoC設(shè)計(jì)驗(yàn)證。

基于FA526的Linux軟件開發(fā)套件，開發(fā)人員可將Linux一2．4．19軟件環(huán)境在FIE8100平臺(tái)上安裝實(shí)現(xiàn)，并完成對(duì)平臺(tái)上所有IP的驅(qū)動(dòng)程序安裝和對(duì)FA526的內(nèi)部調(diào)試。

FA526介紹

FA526是一顆有著廣泛用途的32位RISC處理器。它包括一個(gè)同步CPU內(nèi)核(core)、獨(dú)立的指令／數(shù)據(jù)緩存(cache)、獨(dú)立的指令／數(shù)據(jù)暫存器(scratchpads)、一個(gè)寫緩存(write buffer)、一個(gè)內(nèi)存管理單元(memory management unit)和JTAG在線仿真(ICE)接口。CPU內(nèi)核是6級(jí)流水線(pipeline)的哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，包括取指令(fetch)、解碼(decode)、搬移(shift)、執(zhí)行(execution)、數(shù)據(jù)訪存(memory)、寫回(write)等。為了提高整體性能，F(xiàn)A526 CPU還包含了一個(gè)分支運(yùn)算緩存(Branch Target Buffer：BTB)，故可減少分支運(yùn)算的開銷(penalties)。

FA526 CPU內(nèi)核的指令是兼容ARM V4的結(jié)構(gòu)，并使用AMBA AHB接口與外部設(shè)備進(jìn)行通訊。因此，F(xiàn)A526 CPU有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是針對(duì)那些需要高性能和低功耗的應(yīng)用。FA526 CPU內(nèi)核采用完全同步方式。其基于單相時(shí)鐘(single-phase clock)的結(jié)構(gòu)可以很容易集成開發(fā)系統(tǒng)級(jí)芯片(System on Chip：SoC)。FA526 CPU內(nèi)核的方框圖如圖1所示。

FIE8100 SoC平臺(tái)介紹

FIE8100 SoC平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。它提供有多種外設(shè)接口。其內(nèi)部的高性能處理器內(nèi)核和功耗管理功能特別適合MPEG一4和JPEG的市場(chǎng)需求。目前，智原的MPEG4／JPEG圖Codec所支持的格式為Simple Profile Version 3．1，其中包含XviD編碼和一部分的DivX編碼。

FIE8100 SoC平臺(tái)包含有非常豐富的功能模塊以支持多種應(yīng)用。包括FA526(32Bit RISC CPU)、MPEG-4／JPEG編解碼引擎、USB2．0設(shè)備控制器、USB2．0PHY(物理層)、LCD控制器、DMA控制器、TV Encoder(解碼器)、Capture(視頻捕捉器)和AMBA總線架構(gòu)。為了讓用戶能將自己的IP或功能模塊順利的運(yùn)行在FA526上，智原科技將AHB總線從CPU的引線中拉出，并搭配各類接口和片外芯片，從而開發(fā)制作了一個(gè)基于FIE8100 SoC的仿真平臺(tái)：MediaCreative!。

受基于FA526的Linux安裝

本開發(fā)系統(tǒng)所需的主開發(fā)硬件環(huán)境，一是兼容Intel x86的PC，二是標(biāo)準(zhǔn)16550 UART接口。而軟件主要是Linux操作系統(tǒng)(RedHat 7．3～8．0或更高版本)和FA526一Linux軟件包。而通用平臺(tái)系統(tǒng)所需的器件，主要是一片MediaCreative!（含F(xiàn)IE8100／FWAB326AA芯片)和一片64 MB SDRAM及32 MB Flash。

通過(guò)FA526一Linux可以將Linux-2．4．19軟件環(huán)境在Faraday FA526處理器和外設(shè)IP上進(jìn)行安裝。

FA526一Linux軟件包通常以"arm-linux一20050429．tgz"打包文件并遞交(此程序發(fā)布于April 29，2005)表1所列是安裝Linux所需的硬盤空間大小。

安裝FA526一Linux軟件包的具體流程如下：

(1)拷貝文件arm-linux一20050429．tgz至目錄／usr／src：

#cp arm-linux一20050429．tgz／usr／src

(2)解包文件"arm-linux一20050429．tgz"：

#cd／usr／src

#tar zxvf arm-linux一20050429．Tgz

(3)安裝Toolchain(GCC一2．95．3，Binutils一2．11．2，GLIBC一2．2．3)至目錄／usr／local：

#cp／usr／src／arm-linux／toolchain／arm-linux-toolchain．tgz／usr／local/

#cd／usr／local

#tar zxvf arm-linux-toolchain．tgz

#rm-f arm-linux-toolchain．Tgz

此步驟將在目錄／usr/local／arm解壓GCC一2．95．3，Binutils一2．11．2和GLIBC一2．2．3的輸出文件。

(4)添加GCC執(zhí)行路徑shell環(huán)境。

可執(zhí)行以下命令來(lái)添加路徑：

#export PATH=$PATH：／usr／local／arm／2．95.3／bin

在完成以上四個(gè)安裝步驟后，就可以在自己的系統(tǒng)下解壓打包文件(如arm-linux20050429．tgz)，之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成一組目錄。表2列出了這些源目錄的定義。用戶的應(yīng)用程序包含在目錄／usr／src／arm-linux／user／下，而客戶定制的RAM-Disk則包含在目錄／usr／src／arm-linux／images／下。

FA526-Linux的構(gòu)建和開發(fā)

在嵌入式系統(tǒng)里配置和構(gòu)建FA526一Linux內(nèi)核時(shí)，如果FA526的Linux內(nèi)核子目錄路徑為：／usr／src／arm-linux／arm-linux一2．4．19／，那么，F(xiàn)A526一Linux目錄的結(jié)構(gòu)將和標(biāo)準(zhǔn)Linux內(nèi)核一樣，其版本為2．4．19。表3列出了Linux內(nèi)核子目錄的內(nèi)容。

內(nèi)核構(gòu)建

為FA526架構(gòu)生成內(nèi)核映像時(shí)，必須先對(duì)內(nèi)核進(jìn)行配置，配置文件路徑為<TOPDIR>／．config。

通常，用戶可能為了一些如下的因素要求重新配置FA526一Linux，具體方法為：

(1)定制處理器和板子的功能：修改UART時(shí)鐘、系統(tǒng)時(shí)鐘等。

(2)定制硬件設(shè)備：添加或刪除某些特殊設(shè)備。

(3)定制內(nèi)核功能：添加或刪除一個(gè)內(nèi)核的功能(如網(wǎng)絡(luò)支持)。

Linux內(nèi)核配置為配置這些可選項(xiàng)目提供了兩種常用方式：一是使用菜單顯示來(lái)選擇項(xiàng)目(#make menuconfig)；二是使用GUI顯示來(lái)選擇項(xiàng)目(#make xconfig)。

圖3則是針對(duì)FA526和CPE開發(fā)板的FA526一Linux的menuconfig介面。

FA526系統(tǒng)中的主要選項(xiàng)有以下幾種：

(CPE)ARM system type，默認(rèn)值選是中CPE開發(fā)板來(lái)支持Faraday CPE(Common Platform Environment)。

[*]Support FA526 processor，設(shè)置FA526系列處理器選項(xiàng)來(lái)支持FA526 CPU。

(FIE8100)Platform environment從A320、FIE8100、FIE7000中選擇平臺(tái)設(shè)定。

(44000000) System clock，F(xiàn)IE8100的默認(rèn)值是44 MHz。開發(fā)人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際電路板設(shè)定來(lái)調(diào)整。

（22118400)UART clock．FIE8100的UART時(shí)鐘是22．184 MHz。開發(fā)人員可根據(jù)實(shí)際的電路板設(shè)定來(lái)設(shè)置UART時(shí)鐘頻率。

需要說(shuō)明的是：第一次make Linux內(nèi)核時(shí)，可清除所有目標(biāo)文件，并重新創(chuàng)建從屬文件(dependency)。如果要修改內(nèi)核的配置，則可調(diào)用"make dep"。操作步驟如下：

#make clean

#make dep(FA526一Linux提供了內(nèi)核腳本文件(shell-script)"mkbootp．sh"，這可以使Make內(nèi)核更容易。)

#．／mkbootp．sh

上述操作可創(chuàng)建名為bootplmage的最終內(nèi)核映像文件(kernel image)和名為vmlinux的內(nèi)核ELF文件。以下操作是修改mkbootp．sh的一個(gè)例子：

(1)使用定制的ram-disk來(lái)為特殊規(guī)格的ramdisk修改"make bootpImage INITRD=<your ramdisk>"?？尚薷?Default RAM disk size"來(lái)滿足ramdisk的大小(見圖4)?？稍?Block devices"配置界面里通過(guò)"make xconfig"來(lái)設(shè)置。

(2)復(fù)制輸出映像到特定目錄：

在mkbootp．sh檔案上修改"cp<source><target>"這一行以符合需求。

Mkbootp．sh的內(nèi)容是：

"make hootpimage INITRD=／usr／src／arm-linux／images／ramdisk．gz''

"cp arch／arm／boot／bootpImage／tftpboot／mbootpImage"

建立ARMBOOT

FA526一Linux使用ARMB00T來(lái)裝載操作系統(tǒng)。FA526的ARMBOOT使用一個(gè)名為"faraday．h"的配置文件來(lái)配置各種不同的硬件環(huán)境。此文件被放在／usr／src／arm-linux／armboot一1．1．O／faraday．h。其可修改的內(nèi)容和值包括(通常不需要改動(dòng))：

修改系統(tǒng)時(shí)鐘。對(duì)于MediaCreative!平臺(tái)，它的默認(rèn)值是44 MHz。

修改UART時(shí)鐘。對(duì)于MediaCreative!平臺(tái)，應(yīng)為22．1184 MHz。

修改Flash塊號(hào)。對(duì)于MediaCreative!平臺(tái)，F(xiàn)lash的塊號(hào)是1。

修改好MAC和IP后，就可以通過(guò)以下命令來(lái)建立ARMBOOT：

#cd／usr／src／arm-linux／armboot-1．1．0

#make

此時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在目錄里自動(dòng)生成"armboot．bin"文件。此后便可根據(jù)這個(gè)指令將armboot燒人到FIE8100的Flash器件里，并編寫特定鏡像文件armboot．bin至Flash地址0x80400000。

通過(guò)ARMBOOT啟動(dòng)FA526 Linux

在開發(fā)階段的好多部分，開發(fā)人員必須要做前期規(guī)劃來(lái)修改或下載代碼直到得到想要的結(jié)果。在這樣的情況下，需要armboot來(lái)下載和運(yùn)行代碼的具體步驟如下：

(1)在Linux主機(jī)上設(shè)置trip服務(wù)器，并設(shè)置／etc／xinetd．d／tftp。

(2)在此狀態(tài)下使用Linux making shell(mkbootp．sh)編譯代碼，并生成Linux代碼至目錄／tftpboot．要運(yùn)行Linux代碼，需按以下步驟執(zhí)行：

重啟FIE8100開發(fā)板(MediaCreative!)。

選擇"90) GO ARMB00T"。

確認(rèn)Linux-Host和F1E8100的IP地址是正確的，（printenv)。

輸入命令：tftp Ox2000000 mbootplmage，以下載代碼。

通過(guò)命令"go Ox2000000"啟動(dòng)Linux，直至出現(xiàn)Linux啟動(dòng)信息。

Linux的使用

在完成以上操作后，armboot就可燒入在MediaCreative!開發(fā)板上的Flash里。以后，要通過(guò)armboot來(lái)運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)以對(duì)FIE8100平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)驗(yàn)證，可執(zhí)行以下操作：

(1)開啟MediaCreative!開發(fā)板，運(yùn)行"MPEG4 Burnin"，使系統(tǒng)出現(xiàn)Linux運(yùn)行選項(xiàng)；

(2)鍵入"空格"鍵，進(jìn)入Linux操作系統(tǒng)。

結(jié)束語(yǔ)

以上通過(guò)智源科技的FIE8100 SOC平臺(tái)的設(shè)計(jì)使用，介紹了兼容ARM V4指令集的32位RISC處理器和該SoC平臺(tái)的Linux操作系統(tǒng)，它具有低功耗、便攜帶的優(yōu)點(diǎn)、開發(fā)人員可將Linux--2.4.19軟件在FIE8100的平臺(tái)上安裝實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)行二次開發(fā)和驗(yàn)證。