嵌入式操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)加載實(shí)現(xiàn)

引言

在復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)中通常都需要嵌入式操作系統(tǒng)的支持，這樣嵌入式操作系統(tǒng)鏡像文件的尺寸往往就會(huì)變得比較大。可以選擇通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將嵌入式操作系統(tǒng)加載到SDRAM中運(yùn)行來(lái)解決這一問(wèn)題。另外，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行操作時(shí)，只要將需要升級(jí)的軟件系統(tǒng)在主機(jī)端更新，然后嵌入式系統(tǒng)就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)加載更新后的軟件系統(tǒng)了。

硬件電路設(shè)計(jì)

本方案所選用的基本芯片包括Blackfin處理器ADSP-BF533、以太網(wǎng)控制器DM9000AE等，功能框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能框圖

DM9000AE驅(qū)動(dòng)

本文中所述系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模塊基于DM9000AE，可以與多種不同的處理器方便地進(jìn)行連接。
DM9000AE的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)通過(guò)兩個(gè)對(duì)外可直接訪問(wèn)的寄存器來(lái)進(jìn)行，其中INDEX port寄存器的地址=主控芯片片選基地址+0x0，DATA port寄存器的地址=主控芯片片選基地址+0x4。本系統(tǒng)將BF533的異步片選信號(hào)/ASM2連接至DM9000AE的片選引腳，因此本系統(tǒng)中INDEX port=0x20000000，DATA port=0x20000004。

數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟：

1. 檢查主控芯片與DM9000AE之間使用的數(shù)據(jù)總線寬度。
(u8)io_mode= DM9000_ior (0xFE)>>7; /*寄存器ISR第7位IOMODE表示I/O數(shù)據(jù)寬度*/

2. 將數(shù)據(jù)幀寫(xiě)入到DM9000AE的傳輸FIFO SRAM中。
/*DM9000_IO=0x20000000, DM9000_DATA=0x20000004*/
DM9000_outb(0xF8, DM9000_IO); /*在設(shè)置了寄存器MWCMD后，就可以將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)寫(xiě)入SRAM中，并且寫(xiě)指針設(shè)置為自動(dòng)增加*/
if(io_mode==1) /*8位模式*/
for (i = 0; i TX_length; i++) /* TX_length表示待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀長(zhǎng)度*/
DM9000_outb(TX_data[i], DM9000_DATA); /*待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀保存在數(shù)組TX_data 中*/
else if(io_mode==0) /*16位模式*/
{Length_tmp= (TX_length+1)/2;
for (i = 0; i Length_tmp; i++)
DM9000_outw((u16 *) TX_data[i], DM9000_DATA);}

3. 在寄存器TXPLH(0xFD)和TXPLL(0xFC)中設(shè)置傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度。
DM9000_iow(0xFC, TX_length 0xff); /*將數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的低字節(jié)寫(xiě)入寄存器TXPLL */
DM9000_iow(0xFD, (TX_length >> 8) 0xff); /*將數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的高字節(jié)寫(xiě)入寄存器TXPLH */

4. 開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)幀。
DM9000_iow(0x02, 1); /*將寄存器TCR的位0置1，向DM9000AE發(fā)出一個(gè)傳輸請(qǐng)求*/

5. 檢查傳輸是否完成。
while (DM9000_ior(0x02) 0x01) { /*檢查寄存器TCR的位0是否為0，如果為0就表示傳輸完成*/
if (get_timer(0) >=timeout) { /*檢查傳輸是否超時(shí)*/
printf(transmission timeout );
break;
}
}

數(shù)據(jù)接收

類似地，數(shù)據(jù)接收也要經(jīng)過(guò)如下幾個(gè)步驟：

1. 檢查DM9000AE的接收FIFO SRAM中是否接收到數(shù)據(jù)。
DM9000_ior(0xF0);
RX_ready= DM9000_inb (DM9000_DATA);
/*讀取數(shù)據(jù)到達(dá)標(biāo)志 */
if (RX_ready == 0)
return 0; /*如果沒(méi)有數(shù)據(jù)到達(dá)，就返回調(diào)用此函數(shù)的原函數(shù)*/
if (RX_ready > 1)
reset(); /*當(dāng)RX_ready 大于1時(shí)就說(shuō)明DM9000AE處于異常狀態(tài)，需要復(fù)位*/
當(dāng)RX_ready等于1時(shí)說(shuō)明有數(shù)據(jù)到達(dá)，進(jìn)入第二步

2. 被接收數(shù)據(jù)幀的狀態(tài)和長(zhǎng)度檢查。
(u8)io_mode= DM9000_ior (0xFE)>>7;
DM9000_outb(0xF2, DM9000_IO);
if(io_mode==1){
RX_status = DM9000_inb (DM9000_DATA)+( DM9000_inb (DM9000_DATA)8);
RX_length = DM9000_inb (DM9000_DATA)+( DM9000_inb (DM9000_DATA)8);}
else if(io_mode==0){
RX_status = DM9000_inw (DM9000_DATA);
RX_length = DM9000_inw(DM9000_DATA);}

3. 接收數(shù)據(jù)幀。
if(io_mode==1)
for (i = 0; i RX_length; i++)
RX_data[i]=DM9000_inb(DM9000_DATA);
else if(io_mode==0)
{Length_tmp= (RX_length +1)/2;
for (i = 0; i Length_tmp; i++)
(u16 *) RX_data[i]=DM9000_inw(DM9000_DATA);}

4. 對(duì)接收的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行錯(cuò)誤檢驗(yàn)。
if((RX_status 0xbf00) || (RX_length 0x40)|| (RX_length > 1536)) {
if (RX_status 0x100) {
printf(rx fifo error );} /*FIFO溢出錯(cuò)誤*/
if (RX_status 0x200) {
printf(rx crc error );} /*CRC校驗(yàn)和錯(cuò)誤*/
if (RX_status 0x8000) {
printf(rx length error );} /*接收的幀小于64字節(jié)*/
if (RX_length > 1536) {
printf(rx length too big ); /*接收的幀大于1536字節(jié)*/
dm9000_reset();}
}

網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)是在基于BF533+ DM9000AE的嵌入式硬件平臺(tái)上，通過(guò)U-Boot在自啟動(dòng)時(shí)使用TFTP從網(wǎng)絡(luò)加載μclinux。

U-Boot源代碼移植

DM9000AE的驅(qū)動(dòng)位于U-Boot的driver目錄下，如果要使用此驅(qū)動(dòng)，可以在include/configs目錄下相應(yīng)系統(tǒng)的頭文件中加入宏定義語(yǔ)句。自定義系統(tǒng)可以根據(jù)基于相同體系結(jié)構(gòu)的參考系統(tǒng)頭文件來(lái)創(chuàng)建自己的頭文件，比如，本系統(tǒng)以ezkit533系統(tǒng)為模板創(chuàng)建頭文件mybf533.h，并且加入以下宏定義語(yǔ)句：

#define CONFIG_DRIVER_DM9000???1?/*使用DM9000AE驅(qū)動(dòng)*/
#define CONFIG_DM9000_DEBUG???1?/*使用debug模式*/
#define CONFIG_DM9000_BASE??0x20000000?/*基地址*/
#define DM9000_IO?????0x20000000?/*IO地址*/
#define DM9000_DATA?????x20000004?/*數(shù)據(jù)地址*/

為了簡(jiǎn)化U-Boot系統(tǒng)的設(shè)置，還可以把網(wǎng)絡(luò)參數(shù)通過(guò)宏進(jìn)行定義。

TFTP相關(guān)設(shè)置

為了實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)在上電后自動(dòng)通過(guò)TFTP從主機(jī)下載并運(yùn)行μClinux操作系統(tǒng)，需要設(shè)置U-Boot的自啟動(dòng)命令。下面的命令是設(shè)置環(huán)境變量tftp_boot，它包含的操作是通過(guò)tftp命令將文件名為uImage的文件從主機(jī)下載至目標(biāo)系統(tǒng)的0x1000000地址處。下載完畢之后，從0x1000000處對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)解壓縮并運(yùn)行：
set tftp_boot ‘tftp 0x1000000 uImage;bootm 0×1000000’
接下來(lái)將tftp_boot設(shè)置為自啟動(dòng)命令：
set bootcmd run tftp_boot
還可以通過(guò)設(shè)置bootdelay環(huán)境變量來(lái)改變U-Boot運(yùn)行自啟動(dòng)命令之前的等待時(shí)間。
最后要使用U-Boot的save命令來(lái)將剛才設(shè)置的環(huán)境變量保存到Flash中。

為了讓目標(biāo)系統(tǒng)能夠正確地從主機(jī)中下載操作系統(tǒng)，要對(duì)主機(jī)的TFTP服務(wù)器進(jìn)行設(shè)置，主機(jī)的IP地址必須與U-Boot中設(shè)置的服務(wù)器IP地址相同，其次是主機(jī)中文件的名字必須與U-Boot的環(huán)境變量tftp_boot中設(shè)置的文件名相同。

通過(guò)以上的設(shè)置，現(xiàn)在目標(biāo)系統(tǒng)上電之后，在設(shè)定的時(shí)間之內(nèi)沒(méi)有任何按鍵的情況下，就會(huì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從主機(jī)的TFTP服務(wù)器下載并運(yùn)行μClinux操作系統(tǒng)。

經(jīng)驗(yàn)和建議

前面我們定義了一個(gè)宏CONFIG_DM9000_DEBUG，定義它是為了在系統(tǒng)調(diào)試的過(guò)程中輸出程序運(yùn)行的相關(guān)信息，便于跟蹤系統(tǒng)運(yùn)行和查找錯(cuò)誤。在系統(tǒng)的調(diào)試階段打開(kāi)相應(yīng)的調(diào)試開(kāi)關(guān)是很有必要的，但是當(dāng)系統(tǒng)完成調(diào)試準(zhǔn)備投入正常運(yùn)行的時(shí)候，為了提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，必須關(guān)掉相應(yīng)的調(diào)試開(kāi)關(guān)。要去掉網(wǎng)絡(luò)調(diào)試信息的輸出，只需要把CONFIG_DM9000_DEBUG宏的定義語(yǔ)句注釋掉就可以，對(duì)修改過(guò)的U-Boot重新編譯并運(yùn)行，文件的下載速度比之前有了成倍的提高。

結(jié)語(yǔ)

本文所討論的內(nèi)容不失一般性，可以本文為指導(dǎo)，在其它應(yīng)用系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)嵌入式操作系統(tǒng)或者其它任何軟件系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)加載。