SmartARM2200開發(fā)板的RedBoot的移植

引 言
    eCos(embedded Configurable operating system)最初是由Cygnus Solutions公司為面向嵌入式領域而開發(fā)的實時操作系統(tǒng)，源碼公開，具有很強的可移植性和可配置性，適合于嵌入式開發(fā)?，F(xiàn)在eCos主要由 eCosCentric公司和eCos開源社區(qū)共同開發(fā)維護。eCos的特性，特別是它的可配置性，能有效縮短嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)周期并降低成本。
    RedBoot(Red Hat Embedded Debug and Bootstrap)是一個由Red Hat公司開發(fā)的可以在嵌入式系統(tǒng)上獨立運行的引導程序。它是目前嵌入式領域功能最強大、可移植性最好的BootLoader之一，采用eCos環(huán)境開發(fā)，并以eCos的硬件抽象層作為基礎，但完全可以脫離eCos環(huán)境運行，可以用來引導任何嵌入式操作系統(tǒng)，如Linux、WinCE等。
    SmartARM2200開發(fā)板使用NXP公司的LPC2210微處理器。LPC2210基于ARM7TDMI-S內(nèi)核，系統(tǒng)時鐘頻率達60 MHz，總線對外開放，寬度可配置為8／16／32位。同時開發(fā)板還擴展了RTL8019AS(10 Mb／s)以太網(wǎng)控制器。本文將介紹SmartARM2200的移植方法，給其他以ARM為內(nèi)核的eCos底層移植開發(fā)提供參考。

1 硬件抽象層HAL介紹
    硬件抽象層HAL對處理器結構和系統(tǒng)硬件平臺進行抽象，當要在一個新的目標平臺上運行RedBoot或eCos時，只需對硬件抽象層進行相應修改，便可迅速地將RedBoot及整個eCos系統(tǒng)移植到新的平臺上。硬件抽象層主要包括三大模塊——體系結構抽象層(Architecture HAL)、變體抽象層(VarJant HAL)和平臺抽象層(Plat-form HAL)。體系結構抽象層主要是指eCos所支持的具有不同體系結構的處理器系列，如ARM系列、PowerPC系列、MIPS系列等等。變體抽象層指的是處理器系列中某款處理器在Cache、MMU和FPU等方面具有的特殊性。平臺抽象層則是對當前系統(tǒng)硬件平臺的抽象，包括了平臺的啟動、芯片選擇與配置、定時設備、I／O寄存器訪問以及中斷寄存器等等。平臺抽象層代碼的編寫是Red-Boot及eCos移植工作的重點。

2 HAL移植的主要步驟
    建立適當?shù)奈募夸浕驈膃Cos的硬件配置包中選擇1個與準備移植的目標平臺(本文中即SmartARM2200)類似的硬件平臺的HAL實現(xiàn)，然后根據(jù)自己目標系統(tǒng)的硬件特征，進行相應的修改。選擇的硬件平臺與目標系統(tǒng)硬件的相似程度決定了移植工作量的大小，相似程度越高，所需的修改也就越小。
    本例拷貝了olpce2294的模板(可以在NXP網(wǎng)站獲得相關的補丁，是eCos-1．0下的)，以此為基礎修改，主要區(qū)別如表1所列。

    移植工作的重點也就放在表中所列的這幾部分。
    eCos本身有一個完整的文件目錄，只有把新建的底層文件放在適當?shù)奈募夸浵旅?，才能確保配置和編譯工作的成功，也有助于利用eCos本身已有的源代碼，如結構體系層和變體層中的許多成熟可用的代碼。由于本系統(tǒng)中SmartARM2200處理器的內(nèi)核是ARM7，因而可以把SmartARM2200的目錄建立在eCos庫路徑paekages／hal／arm／lpc2 XXX／下。
    (1)修改SmartARM2200的cdl文件
    根據(jù)SmartARM2200開發(fā)板的硬件特征對復制的HAL實現(xiàn)文件作相應修改，涉及的修改主要是對各配置包內(nèi)文件名的修改和對配置包內(nèi)．cdl文件修改。cdl文件是用組件描述語言(Component Description Language，CDL)編寫的腳本文件，eCos的每一個配置包中，都至少存在一個CDL腳本文件來對該配置包進行描述，配置工具也是通過該文件與配置包聯(lián)系起來。因此，對cdl文件的修改也主要是對配置包的名稱和文件名進行修改，使之與目標系統(tǒng)硬件相聯(lián)系。
    以下是SmartARM2200的cdl文件中關鍵的修改：

  
    (2)在eCos數(shù)據(jù)庫中添加SmartARM2200目標平臺
    需要在／opt／ecos／ecos_2．0／packages目錄的數(shù)據(jù)庫文件ecos．db中添加SmartARM2200目標平臺，Smart- ARM2200平臺才能被添加到配置工具中，并進行配置和編譯處理。數(shù)據(jù)庫文件ecos．db也是使用CDL語言編寫的，在ecos．db中需要添加兩部分內(nèi)容，可以根據(jù)相似硬件平臺在ecos．db的內(nèi)容進行修改。
    在ecos．db添加基于SmartARM2200硬件平臺的示例代碼見本刊網(wǎng)站。
    (3)修改平臺抽象層的有關代碼
    硬件平臺層所需編寫的代碼文件的一般功能如下：include／plf_io．h，I／O定義和系統(tǒng)寄存器的宏定義。include／hal_platform_setup．h，平臺啟動代碼。本文件主要用ARM匯編指令編寫，實現(xiàn)平臺上電后程序的啟動和執(zhí)行。
    src／smartarm2200_misc．C，HAL的底層擴展函數(shù)，包括LCD的相關函數(shù)及控制臺初始化函數(shù)。
    var／v2_0／include／包括hal_cache．h、hal_diag．h、hal_var_ints．h、lpc2xxx_misc．h、 plf_stub．h、var_arch．h、var_io．h等頭文件，定義了標準函數(shù)接口及通用I／O和寄存器。
    var／v2_0／src／lpc2xxx_misc．C，HAL的底層標準函數(shù)，包括時鐘平臺初始化、時鐘延時函數(shù)、中斷使能、中斷屏蔽、中斷響應等。
    var／v2_O／src／hal_diag．c，硬件抽象層診斷輸出函數(shù)，包含eCos系統(tǒng)中printf打印的硬件設備驅(qū)動程序。
    misc／redboot_RAM．ecru，基于RAM啟動方式的RedBoot最小配置文件。
    misc／redboot_ROM．ecm，基于ROM啟動方式的RedBoot最小配置文件。

3 硬件啟動過程
    編寫硬件啟動的初始化過程是HAL移植的一個難點。當硬件重新上電后，系統(tǒng)的程序指針會自動指向地址0(通常地址0存放著bootloader代碼段，本例中從外部Flash 0x80000000地址引導)。在eCos操作系統(tǒng)中，程序首先會運行vectors．S文件(該文件存在于hal／arm／arch／src／目錄下)，它定義了reset_vector、start等各種啟動標號。接著調(diào)用SmartARM2200平臺層的hal_platform_setup． h文件中的宏platform_setupl。
    haLplatform_setup．h定義了宏platform_setupl以供vectors．S調(diào)用。該宏定義了目標板上SRAM和Flash的初始化啟動，其中包括了它們的總線寬度、讀寫速度、內(nèi)存大小。然后根據(jù)不同的啟動方式執(zhí)行程序。對于RAM啟動方式，無需進行程序段與數(shù)據(jù)段的搬移，系統(tǒng)已認為SRAM的起始地址即為程序的起始地址；對于ROM啟動方式，需要拷貝數(shù)據(jù)段，而程序段無需拷貝。
    在程序拷貝完成后，系統(tǒng)會進行其他硬件的初始化過程，包括系統(tǒng)時鐘、監(jiān)控串口等基本硬件設備。

4 內(nèi)存布局文件編寫
    平臺的內(nèi)存布局文件在include／pkgconf目錄下。通常，每個平臺包括了RAM、ROM兩種不同啟動方式的內(nèi)存布局文件集。每種啟動方式的內(nèi)存布局文件集都由3個類型的描述文件組成：．h文件包含內(nèi)存域的C宏定義；．ldi文件定義內(nèi)存域和內(nèi)存段位置的鏈接腳本文件；．mlt文件包括由MLT工具產(chǎn)生的對內(nèi)存布局的描述。當需要手動修改內(nèi)存布局時，只有．h和．ldi文件可以被修改，．mlt文件只能由MLT工具生成。
    下面以SmartARM2200的RAM啟動方式內(nèi)存布局為例，說明mlt_arm_lpc2xxx_smartarm2200_ram．h和mlt_arm_lpc2xxx_smartarm2200_ram．ldi的程序結構。
    由于SmartARM2200的開發(fā)板有1個16 KB的內(nèi)部RAM和1個16 MB的外部SRAM，因而要定義兩個內(nèi)存域ram0和ram。系統(tǒng)設置寄存器在初始化時已經(jīng)把內(nèi)存段重新映射，因而兩個SRAM的基地址就是 0x40000000和0x81000000，分配方式都是可讀寫的內(nèi)存段。
    在mlt_arm_lpc2xxx_smartarm2200_ram．ldi中分為兩大部分。首先是MEMORY部分，它定義了在RAM啟動方式下所需要的內(nèi)存域，以及該內(nèi)存域的起始地址和長度。MEMORY部分的內(nèi)容必須與mlt_arm_lpc2xxx_smartarm2200_ram．h中定義的宏相一致。其次，是SECTIONS部分，它定義了RAM啟動方式下所規(guī)定的內(nèi)存段，這些內(nèi)存段的定義與系統(tǒng)內(nèi)存管理功能有關。在 SECTION_XXX后帶有相應的參數(shù)，這些參數(shù)包括了內(nèi)存段所屬的內(nèi)存域、起始地址(或者是對齊方式)、虛擬內(nèi)存地址(VMA)和加載內(nèi)存地址 (LMA)。
    以SECTION_fixed_vectors(ram，0x81000000，LMA_EQ_VMA)為例，它表示fixed_vectors段屬于 ram內(nèi)存域，起始地址為0x81000000，加載內(nèi)存地址等于虛擬內(nèi)存地址。LMA_EQ_VMA同時也可以解釋為該內(nèi)存段不需要在程序運行后重新分配加載。

5 驅(qū)動程序的移植
    SST39VF1601的驅(qū)動是在SST39VF400的拷貝的基礎上修改的，主要改動部分如下：

  
    RTL8019AS的驅(qū)動是在NS的DP89302A(都兼容NE2000)的拷貝基礎上修改的，應該重點注意的是寄存器地址應該乘以2(因為地址線是從 A1開始的)，由于該地址總線上還有LCD模塊，為了兩者能同時工作，總線寬度設置為16位，RTL8019AS的寄存器是8位的，寫入和讀取函數(shù)定義為 8位的，數(shù)據(jù)的讀寫視工作在8位DMA或16位DMA而定。

6 調(diào)試結果
    SmartARM2200開發(fā)板上帶有1塊2 MB的Flash和1塊16 MB的SRAM。
    利用eCos的自帶編譯工具configtool對新建的SmartARM2200目標板進行編譯，生成RedBoot的目標文件。然后通過AXD下載到目標板的SRAM中運行。此時的RedBoot應為RAM啟動方式。剛開始調(diào)試的難度有點大，因為AXD不支持elf文件的下載，有些目標文件可以通過 objdump反匯編對照調(diào)試。
    通過對RedBoot的常用命令的測試結果可以看出，本文提供的SmartARM2200的移植方案是成功的，ping命令正常，tftp下載正常。

結 語
    RedBoot和U-boot都是優(yōu)秀的bootloader程序，但RedBoot比U-boot的可移植性好。通過對RedBoot的移植可以熟悉 eCos系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境、configtool圖形化配置工具、硬件抽象層HAL及驅(qū)動的移植，為進一步eCos系統(tǒng)開發(fā)打下基礎。