基于MPC8247處理器的嵌入式電力交換系統(tǒng)開發(fā)

本文首先介紹了基于MPC8247的嵌入式電力交換系統(tǒng)的硬件平臺，著重闡述了如何在MPC8247處理器上開發(fā)嵌入式電力交換系統(tǒng)，主要包括開發(fā)環(huán)境的搭建、系統(tǒng)引導(dǎo)模塊U-Boot修改、內(nèi)核的裁剪和移植，交換軟件SDK移植，應(yīng)用軟件ZebOS的編譯等。通過電力交換設(shè)備(DPN8000)的現(xiàn)場應(yīng)用，證實該系統(tǒng)具有體積小，功耗低，高帶寬等優(yōu)點，為電力通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的開發(fā)做出了貢獻。

隨著電力通信的發(fā)展，電力業(yè)務(wù)量的增加，對嵌入式電力設(shè)備的I／O處理能力有了更高的要求，尤其需要能提供大容量、高速率和高帶寬的語音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)支撐的嵌入式接入設(shè)備，因此，性能高，功耗低的大容量嵌入式電力設(shè)備倍受青睞。

Freescale公司生產(chǎn)的PowerPC處理器MPC8247具有集成度高，功耗低和能支持豐富的外圍設(shè)備等優(yōu)點，再搭配IP Infusion的ZebOS(R)軟件，實現(xiàn)了快速通信與高吞吐率的數(shù)據(jù)處理，有效地提高了網(wǎng)絡(luò)的性能、降低了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的成本并增加了運營商和企業(yè)的收益，很好地解決了嵌入式電力通信設(shè)備遇到的問題。本文以開發(fā)大容量電力光交換設(shè)備OLT(DPN8000)為背景，介紹了電力交換系統(tǒng)的硬件設(shè)計和嵌入式交換系統(tǒng)系統(tǒng)開發(fā)的搭建，重點針對如何實現(xiàn)嵌入式電力交換系統(tǒng)給出解決辦法。

1 硬件平臺的概述

MPC8247板主要包括CPU子系統(tǒng)，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

MPC8247是Freescale公司MPC82XX系列微處理器的一種，主要由G2_LE內(nèi)核(PowerPC 603e內(nèi)核的一種)，系統(tǒng)接口單元SIU以及通信處理模塊CPM組成。支持60x總線，其數(shù)據(jù)線寬為64位，地址線為32位；支持PCI／LOCAL總線，其數(shù)據(jù)線寬為32位，地址線為32位。PowerPC8247內(nèi)核工作時鐘最高為400 MHz，CPM工作時鐘最高為200 MHz。外設(shè)接口大致如下：

(1)SDRAM：64位256 MB容量，由4片64 MB的MT48LC32M16A2TG組成，使用Local Bus的D[0：63]和A[16：28]。

(2)FLASH：32 MB容量，由2片16 MB的S29GL128N組成，設(shè)計中該FLASH工作在WORD模式，使用Local Bus的D[0：31]和A[4：29]。

(3)PCI總線：引出一個32位66 MHz的PCI總線，經(jīng)過PCI-PCIe橋片PI7C9X10轉(zhuǎn)換成為PCIe總線，經(jīng)XMC連接器連接到底板的交換芯片BCM56 338，作為FabrIC芯片的管理端口。

2 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的搭建

2．1 準備開發(fā)環(huán)境

通常嵌入Linux的開發(fā)分為主機系統(tǒng)和目標系統(tǒng)，他們之間通過網(wǎng)絡(luò)接口和串口互連，網(wǎng)口一般用以下載程序和內(nèi)核映像文件，串口一般作為console控制臺來使用，在主機通過超級終端與目標系統(tǒng)進行命令交互，就像PC的鍵盤和顯示器。

嵌入Linux系統(tǒng)模型如圖2所示。

2．1．1 安裝開發(fā)編譯環(huán)境

通常主機與目標板的CPU都不相同，需要進行交叉編譯。在本項目中使用了GNU GCC工具鏈。GNUGCC的PowerPC版本需要交叉編譯，所有源代碼可以從FSF的FTP站點。

整個建立過程為：下載源文件、補丁和建立編譯的目錄；建立內(nèi)核頭文件；建立二進制工具(binutils)；建立初始編譯器(bootstrap gcc)；建立C庫(glibc)；建立全套編譯器(full gcc)。

安裝好之后可以用“which ppc_8xx．gcc”來查找一下產(chǎn)生的目標執(zhí)行文件在哪里。

2．1．2 配置DHCP

主機系統(tǒng)需要設(shè)置DHCP服務(wù)器，用于目標系統(tǒng)在采用BOOTP啟動時獲取IP地址。設(shè)置之前首先要知道目標系統(tǒng)的MAC地址，同時要保證主機系統(tǒng)安裝了DHCPD服務(wù)器。修改虛擬機中／etc／dhcpd．conf配置文件，然后用如下命令重新啟動dhcpd服務(wù)：

#／etc／init．d／dhcpd restart

同時啟動dhcpd服務(wù)，使主機每次啟動時自動啟動該服務(wù)。

2．1．3 配置TFTP服務(wù)器

TFTP(簡單文件傳輸協(xié)議)服務(wù)器用于目標系統(tǒng)從主機系統(tǒng)上獲取可執(zhí)行的代碼或內(nèi)核映象文件。

以超級用戶登錄主機系統(tǒng)，編輯下面文件：

#vim／etc／xinetd．conf

去掉下面一行的注釋：

#tftp dgram udp wait root／usr／sbin／tcdp in．tftpd

根目錄下創(chuàng)建tftpboot目錄：

#mkdir tftpboot

將每次編譯好的目標代碼拷貝到該目錄下，在系統(tǒng)服務(wù)中啟動TFTPD服務(wù)(運行#setup，在“System servICes”中選擇。)然后執(zhí)行：#service xinetd restart即可。

2．1．4 配置NFS

NFS主要是給目標系統(tǒng)提供一個根文件系統(tǒng)(Root Filesystem)。

首先，編輯配置文件／etc／exporlts：

#vi exports

如果原來不存在，添加一行：

／home／com_target_master*(rw，no_root_squash)

“／home／com_target_master”是根文件系統(tǒng)所在的目錄，“*”允許主機所在網(wǎng)段所有機器訪問。和配置TFTP一樣，在系統(tǒng)服務(wù)中啟動NFS服務(wù)，重新啟動系統(tǒng)或運行：

#service nfs restart

2．2 目標板FLASH資源分配

對于系統(tǒng)平臺來說，建立良好的FLASH分區(qū)是系統(tǒng)成功運行的基本保證。具體FLASH資源分配如表1所示。

3 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的實現(xiàn)過程

本文的軟件平臺是基于電力交換設(shè)備，DPN8000的開發(fā)環(huán)境為模型。搭建軟件層次模型如下：

3．1 Linux系統(tǒng)引導(dǎo)模塊uboot

U-Boot是德國DENX軟件中心依照GPL(General Public License)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、MIP S系列、X86系列等。根據(jù)自己的目標系統(tǒng)修改編輯U-Boot包下的源文件，進行移植，最后編譯U-Boot后生成二進制文件，用于引導(dǎo)系統(tǒng)。

在U-Boot代碼中，主要有關(guān)的代碼設(shè)置在MYM(uboot)＼cpu＼mpc8260．c的代碼中實現(xiàn)，但是該地址的定義在其平臺說明頭文件中。故增加一個mpc8247平臺——mpc8260ads，在$(u-boot)＼include＼config目錄下增加一個相應(yīng)平臺配置頭文件說明-mpc8260ads．h，將與硬件有關(guān)的配置放在此文件中。對應(yīng)SDRAM，F(xiàn)LASH等定義如下：

(1)SDRAM的地址設(shè)定

#define CFG_OR1 0xF0002900

#define CFG_PSDMR 0xc4322423

以上定義的為SDRAM的地址設(shè)定，由MPC8247片選CS1相關(guān)的寄存器設(shè)定。

(2)FLASH的地址設(shè)定

#define CFG_FLASH_BASE 0xfe000000

#define CFG_BR0_PRELIM

CFG_FLASH_BASE | 0x00001801

#define CFG_OR0_PRELIM

CFG_FLASH_BASE | 0x000008C2

以上定義的為FLASH的地址設(shè)定，由MPC8247片選CS0相關(guān)的寄存器設(shè)定。

(3)FPGA地址設(shè)定

#define CFG_FPGA_BASE 0xF4500000

#define CFG_BR3_PRELIM CFG_FPGA_BASE| 0x00001801

#define CFG_OR3_PRELIM 0xFFFF8010

以上定義的為FPGA的地址設(shè)定，由MPC8247片選CS0相關(guān)的寄存器設(shè)定。

修改完成后，通過make得到u-boot．bin文件。

3．2 Linux內(nèi)核的移植

由于嵌入式系統(tǒng)存儲資源有限，精簡內(nèi)核就顯得尤為重要。建立系統(tǒng)的新內(nèi)核，最主要的工作就是配置內(nèi)核參數(shù)配置內(nèi)核文件，進入內(nèi)核釋放的目錄下執(zhí)行命令：#make menuconfig會生成新的．config文件。然后執(zhí)行#make uImage，生成新的uImage，將生成的內(nèi)核拷貝到tf tp目錄下即可。

使用tftp將內(nèi)核鏡像文件下載到目標板上，重新引導(dǎo)后，目標板即可成功啟動。

3．3 文件系統(tǒng)的制作

將得到Busybox版本進行解壓，配置和編譯就可以得到想要的文件系統(tǒng)。具體命令如下：

下載一個busybox-1．1．3．tar．gz

#tar xvzf busybox-1．1．3．tar．gz

#cd busybox-1．1．3

#make defeonfig

#make menuconfig

Busybox編譯出一個單個的獨立執(zhí)行程序，就稱為Busybox，它集成了非常多的命令工具，如果要使用某一命令，需要做一個軟鏈接就可以了。在這個項目中，采用busybox來配置所需各類文件，具體方法參見busybox的手冊。

3．4 SDK的移植過程

將拿到的sdk-xgs-robo-5．6．2．tar．gz的源碼文件解壓到／home／corn_work／目錄下：

#ed／home／com_work

#tar-zxvf sdk-xgs-robo-5．6．2．tar．gz

3．4．1 設(shè)置環(huán)境變量

設(shè)置環(huán)境變量如下：

#export SDK=／home／com_work／sdk-xgs-robo-5．6．2

這樣SDK的環(huán)境路徑已經(jīng)設(shè)好，進入make目錄下，修改對應(yīng)的Makefile．linux-bmw和Make．LOCal文件，使這2個文件對應(yīng)的內(nèi)核，編譯器路徑和交換芯片類型是所需要的類型。

3．4．2 編譯SDK

如果想重編譯SDK，只需進入：／home／eom_work／sdk-xgs-robo-5．6．2／systEMS／linux／kernel／bmw目錄下，執(zhí)行#make clea n；make將生成的模塊拷貝到對應(yīng)文件系統(tǒng)的對應(yīng)的目錄下即可。

生成的模塊如表2所示。

然后將用到的模塊加載。執(zhí)行過程如下：

#insmod linux-kernel-bde．o-f

#insmod linux-uk-proxy．o-f

#insmod linux-bcm-diag-full．o-f

#．／bcm．user．proxy

3．5 ZebOS的移植過程

將拿到的ZebOS771．tar. gz的源碼文件解壓到／home／corn_work／目錄下：

#cd／home／com