Linux如何運(yùn)行于8位AVR微控制器？

它的速度有多快？

uARM肯定沒(méi)有速率守護(hù)進(jìn)程。它花了大約2個(gè)小時(shí)啟動(dòng)到BASH提示符（"init=/bin/bash"內(nèi)核命令行）。然后用4個(gè)多小時(shí)啟動(dòng)整個(gè)Ubuntu（"exec init"然后登陸）。啟動(dòng)X將消耗更長(zhǎng)時(shí)間。有效的仿真CPU速度約為6.5KHz，這與你期望的在一個(gè)可憐的8位微控制器上仿真一個(gè)32位CPU和MMU是同等的水平。奇怪的是，一旦啟動(dòng)，該系統(tǒng)是有些可用的。您可以輸入一個(gè)命令，并在一分鐘之內(nèi)得到答復(fù)。也就是說(shuō)實(shí)際上你是可以使用它的。比如，今天我還用它來(lái)格式化我的SD卡。這絕對(duì)不是最快的，但我覺(jué)得它可能是最便宜、最慢、最簡(jiǎn)單的手工組裝、最低的部件數(shù)量以及最低端的Linux PC。電路板是使用導(dǎo)線手工焊接的，甚至沒(méi)有使用印刷電路板（PCB）的必要。

仿真器的細(xì)節(jié)？

仿真器是相當(dāng)模塊化的，允許它隨意擴(kuò)展仿真其他SoC（片上系統(tǒng)）和硬件配置。仿真的CPU是ARMv5TE。前一段時(shí)間，我開(kāi)始進(jìn)行支持ARMv6的工作，但是一直沒(méi)有完成（從代碼中可以看出來(lái)），因?yàn)椴皇呛苄枰?。仿真的SoC是PXA255。由于模塊化的設(shè)計(jì)，你可以替換SoC.c文件，并使用相同的ARMv5TE核心編譯一個(gè)完整的新的SoC，或者替換核心，或者按照意愿替換外設(shè)。這是有目的的，我的意思是這個(gè)代碼也是一個(gè)關(guān)于ARM SoC如何工作的相當(dāng)整潔的范例。CPU仿真器自身的代碼并不是太整潔，那么，好吧，它是一個(gè)CPU模擬器。這是幾年前花了超過(guò)6個(gè)月的空閑時(shí)間寫的，然后就放在一邊了。它最近復(fù)活是專門為了這個(gè)項(xiàng)目。仿真器實(shí)現(xiàn)了i-cache來(lái)提高速度。這給予了AVR很多幫助，使內(nèi)部存儲(chǔ)器能夠以超過(guò)每秒5MB的速率訪問(wèn)，而不像我的外部RAM。我還沒(méi)有抽出時(shí)間去實(shí)現(xiàn)d-cache（數(shù)據(jù)緩存），但是這已經(jīng)在我的待辦事項(xiàng)列表上了。訪問(wèn)塊設(shè)備沒(méi)有被仿真為SD設(shè)備。事實(shí)證明這太慢了。取而代之的是一個(gè)準(zhǔn)虛擬化磁盤設(shè)備（pvdisk，參見(jiàn)pvDisk.tar.bz2，GPL許可證），我編寫的時(shí)候使用了一個(gè)無(wú)效的操作碼來(lái)調(diào)入仿真器并訪問(wèn)磁盤。我的鏡像中的ramdisk（虛擬磁盤）加載這個(gè)pvdisk，然后改變根目錄到/dev/pvd1。ramdisk被包含在了“rd.img”中。我使用的“機(jī)器類型”是PalmTE2。為什么？因?yàn)槲曳浅Ｊ煜み@款硬件，它是我見(jiàn)到的第一款PXA255機(jī)器類型。

Hypercall（超級(jí)調(diào)用）？

有一些服務(wù)你可以通過(guò)使用一個(gè)特殊的操作碼向仿真器發(fā)出請(qǐng)求。在ARM中它是0xF7BBBBBB，在Thumb中它是0xBBBB。挑選這些是由于它們所在的范圍ARM保證是未定義的。超級(jí)調(diào)用號(hào)碼通過(guò)寄存器R12被傳遞，參數(shù)通過(guò)寄存器R0-R3被傳遞，返回值被放置在R0中。
調(diào)用：

• 0 = 停止仿真
• 1 = 打印十進(jìn)制數(shù)
• 2 = 打印字符
• 3 = 獲取RAM大小
• 4 = 塊設(shè)備操作（R0 = 操作，R1 = 扇區(qū)(sector)號(hào)）。請(qǐng)注意，這些不寫入仿真的RAM，它們使用另一個(gè)超級(jí)調(diào)用填充了仿真用戶訪問(wèn)的仿真器內(nèi)部緩沖區(qū)，一次一個(gè)字。我的意思是實(shí)現(xiàn)DMA，但是還沒(méi)有抽出時(shí)間去做。操作：

0 = 獲取信息（如果扇區(qū)號(hào)是0，返回扇區(qū)的數(shù)量；如果扇區(qū)號(hào)是1，以字節(jié)位單位返回扇區(qū)大?。?BR> 1 = 扇區(qū)讀取
2 = 扇區(qū)寫入

• 5 = 塊設(shè)備緩沖區(qū)訪問(wèn)（R0 = 值輸入/值輸出，R1 = 字?jǐn)?shù)，R2 = 如果寫入為1，其他情況為0）

Thumb支持？

完全支持Thumb。我欺騙了一下，解碼每個(gè)Thumb指令字符串（instr）為等價(jià)的ARM指令字符串并執(zhí)行，以此代替使用ARM仿真器函數(shù)。它不像它原來(lái)一樣快，但是它簡(jiǎn)單并且代碼小巧?？梢允褂?56KB的查找表，但是我感覺(jué)256KB對(duì)于微控制器的閃存來(lái)說(shuō)太大了。一些Thumb指令不能被轉(zhuǎn)換為ARM指令，它們被正確處理代替。

我想要建立一個(gè)！

用于非商業(yè)目的，你肯定可以做到這一點(diǎn)。接線方式如下：

• RAM的DQ0-DQ7連接AVR的C0-C7；
• RAM的A0-A7連接AVR的A0-A7；
• RAM的A8-A11連接AVR的B0-B3；
• RAM的nRAM nRAS nCAS nWE連接AVR的D7 B4 B5；
• SD的DI SCK DO連接AVR的B6 B7 D6；
• LED的read write連接AVR的D2 D3（LED的其他管腳接地）；
• 按鈕連接AVR的D4（其他管腳接地）。

RAM可以是任何30引腳的16MB的SIMM，可以運(yùn)行在每64毫秒4000個(gè)周期的CAS-before-RAS刷新頻率下。我使用的（OWC）可以花幾塊錢在網(wǎng)上買到。原理圖顯示在這里，點(diǎn)擊它查看大圖或點(diǎn)擊這里。

源代碼？

這個(gè)代碼有點(diǎn)兒亂，但是它可以工作。點(diǎn)擊這里下載。許可證簡(jiǎn)單：用于非商業(yè)用途，只要你保留原有的許可證文件和源代碼一起，并發(fā)布所有你的改動(dòng)，那么我們都很酷！用于商業(yè)用途，請(qǐng)和我聯(lián)系，我們將在一些事情上達(dá)成一致。要在PC上建立仿真器并進(jìn)行嘗試輸入“make”。要運(yùn)行使用“./uARM DISK_IMAGE”。要建立優(yōu)化的PC版本使用“make BUILD=opt”。要建立AVR運(yùn)行的版本使用“make BUILD=avr”。現(xiàn)在，它的編譯目標(biāo)是ATmega1284P。要以ATmega644為編譯目標(biāo)，除了要修改makefile，減少icache.h中的數(shù)字以便于i-cache足夠小來(lái)配合644內(nèi)部的RAM。在歸檔文件中還包括用于1284p最終的hex文件。

啟動(dòng)過(guò)程

要在AVR中保留代碼空間，幾乎沒(méi)有啟動(dòng)代碼存在于仿真器中。事實(shí)上，“ROM”總共50字節(jié)：8字節(jié)用來(lái)選擇Thumb模式，一些Thumb代碼要讀取SD卡的第一個(gè)扇區(qū)并跳到Thumb模式（參看embeddedBoot.c）。SD卡的MBR有另一個(gè)bootloader（在Thumb模式下寫入）。這個(gè)bootloader看著MBR，找到活動(dòng)分區(qū)并加載它的內(nèi)容到RAM的末尾。然后，它跳到目的RAM地址+512（參看mbrBoot.c）。這里運(yùn)行著第三個(gè)，也是最大的bootloader，ELLE（參看ELLE.c）。這個(gè)bootloader重新定位了ramdisk，建立ATAGS，并調(diào)用內(nèi)核。我提供了所有的二進(jìn)制文件和源代碼以便于大家能夠按照意愿制作您自己鏡像。啟動(dòng)過(guò)程會(huì)讓人回憶起PC開(kāi)機(jī)。:)包含的mkbooting.sh工具可以用來(lái)制作用于啟動(dòng)分區(qū)的工作鏡像。一個(gè)完整的磁盤鏡像？請(qǐng)點(diǎn)擊：第一版鏡像，第二版鏡像。

視頻

原始視頻分為幾個(gè)片段，因?yàn)槲以阡浵駮r(shí)不得不更換幾次照相機(jī)電池。然后，我把它們拼接在一起，創(chuàng)建了巨大的3個(gè)半小時(shí)時(shí)長(zhǎng)的視頻。視頻的未剪輯版本？點(diǎn)擊這里。然后我剪輯出有意思的部分，把它們加快了3倍（來(lái)適合YouTube視頻長(zhǎng)度限制）并制作了這段視頻。在視頻中可以看到一個(gè)時(shí)鐘，顯示從開(kāi)始算起消耗的時(shí)間。