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[導(dǎo)讀]摘要:針對自行開發(fā)的基于MPC8313E的大容量固態(tài)存儲管理系統(tǒng),利用ELDK開發(fā)套件與FreescaleCodeWarrior集成開發(fā)環(huán)境,給出了對U-Boot-1.3.0進(jìn)行了開發(fā)移植的實現(xiàn)方法。文中主要描述了U-Boot源碼樹的結(jié)構(gòu)和在MPC8313E_E移植的方法及過程,簡單闡述了U-Boot的結(jié)構(gòu)和交叉開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建過程。

引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來,以計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和軟件技術(shù)為核心的信息技術(shù)取得了迅猛的發(fā)展,各種裝備與設(shè)備上的嵌入式計算與系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,大大地推動了行業(yè)的滲透性應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)由嵌入式硬件和嵌入式軟件兩部分組成。硬件是支撐,軟件是靈魂,幾乎所有的嵌入式產(chǎn)品都需要嵌入式軟件來提供靈活多樣、而且應(yīng)用特制的功能。由于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用廣泛,嵌入式軟件在整個軟件產(chǎn)業(yè)中占據(jù)了重要地位,并受到世界各國的廣泛關(guān)注;如今已成為信息產(chǎn)業(yè)中最為耀眼的“明星"之一。

Bootloader是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行的一段小程序。通過這段小程序可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間映射圖,從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適狀態(tài),以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。U—Boot身為Bootloader的一種,其功能最多,靈活性最強(qiáng),能夠支持PowerPC,ARM,MPIS,X86體系架構(gòu)的上百種開發(fā)板,并可引導(dǎo)加載Linux,VXWorks,QNX等多種操作系統(tǒng),有豐富的開發(fā)調(diào)試文檔資料與強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持。本文針對自行開發(fā)的基于MPC8313E的大容量固態(tài)存儲管理系統(tǒng),利用ELDK開發(fā)套件與FreescaleCodeWar-rior集成開發(fā)環(huán)境,給出了對U-Boot-1.3.0進(jìn)行開發(fā)移植具體方法。

1  硬件平臺簡介

基于MPC8313E的大容量固態(tài)存儲管理系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。 

基于MPC8313E嵌入式系統(tǒng)U-Boot的移植

該系統(tǒng)采用飛思卡爾MPC8313E芯片能以極低的價位,來簡化大量高速外圍設(shè)備的部署。除了GigE與USB2.0w/phy集成之外,MPC8313E還提供有32位的雙倍數(shù)據(jù)速率(DDR1/DDR2)存儲器控制器、16位局部總線和4個直接存儲器訪問(DMA)通道工。

本系統(tǒng)可以使MPC8313E從FPGA中的雙口RAM中高速讀取數(shù)據(jù),然后通過千兆網(wǎng)將其上傳至上位機(jī)并接受上位機(jī)的相關(guān)命令,最后將解析命令并下發(fā)給FPGA。

2  U-Boot簡介

U-Boot全稱為UniversalBootLoader,是遵循GPLCGeneralPublicLicense)條款的開放源碼項目。起初,DENX軟件工程中心的WolfgangDenk基于8xxrom的源碼創(chuàng)建了PPCBOOT工程,并且不斷的添加處理器支持。后來,SysgoGmbh把ppcboot移植到ARM平臺上,并創(chuàng)建了ARMBOOTI程。然后以PPCBOOT工程和ARMBOOT工程為基礎(chǔ),創(chuàng)建了U—Boot工程。目前,U-Boot仍然由DENX的WolfgangDenk等人維護(hù),從DENX的官方ftp中可知,U-Boot的最新穩(wěn)定版本為U-Boot-2010.12。2.1U-Boot相關(guān)源碼結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)釆用U—Boot的版本為1.3.0,它支持Freescale的MPC8313ERDB開發(fā)板,其中與移植相關(guān)的主要目錄如表1所列。

 基于MPC8313E嵌入式系統(tǒng)U-Boot的移植

2.2  U-Boot啟動流程

硬件復(fù)位中斷向量位于NOR-Flash的0x0100地址(即OxFEOO0100)o

當(dāng)MPC8313E±電復(fù)位后,CPU將根據(jù)RST_CFG_SRC:0:3]的值從數(shù)據(jù)總線上讀取硬件配置字或者采用默認(rèn)硬件配置字,根據(jù)配置字來設(shè)置相應(yīng)的時鐘頻率、器件等。之后轉(zhuǎn)向硬件復(fù)位向量,其具體步驟如下:

(1) 從U-boot中的cpu/mpc83xx/start,s—start開始執(zhí)行,主要是初始化CPU的一些內(nèi)部寄存器的狀態(tài);

(2) 之后隨著blcpu_init_f跳轉(zhuǎn)到cpu/mpc83xx/cpu_init.c中的cpu_init_f()函數(shù)開始對CPU底層進(jìn)行初始化,并在退出時將地址返回到r3寄存器中(mrr3,r21);

(3) 在CPU底層初始化完成程序返回start,s后,緊跟著是blboard_init_f跳轉(zhuǎn)到lib_ppc/board.c中的board_init_£()函數(shù),對目標(biāo)板的第一次初始化,以完成對RAM的初始化,并分配內(nèi)存空間;

(4) 程序再次返回start,s中進(jìn)行必要的設(shè)置,直到執(zhí)行到relocate_code,再代碼搬運到DDR2SDRAM,并調(diào)整全局偏移量表(GOT),對存儲空間進(jìn)行重定位;

(5) 當(dāng)代碼搬運完畢后,程序?qū)⒃贒DR2SDRAM中運行,此時調(diào)用lib_ppc/board.c中的board_init_r()可對目標(biāo)板進(jìn)行第二次初始化,以完成一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、高端模塊和系統(tǒng)設(shè)備的初始化;

(6) board_init_r初始化完畢,調(diào)用commom/main,c中的mainloop()函數(shù)并等待用戶輸入命令,同時通過調(diào)用run_command()函數(shù)對命令進(jìn)行解析已完成相應(yīng)的操作;

(7) 至此,U-boot啟動完成。

3  U-boot的移植

對于U-Boot的移植可采用主機(jī)一目標(biāo)板模式,開發(fā)主機(jī)是X86構(gòu)架下的WindowsXPSP3操作系統(tǒng),并通過虛擬機(jī)VMware安裝Linux操作系統(tǒng)(RedHat9.0),目標(biāo)板是PowerPC構(gòu)架下的Linux操作系統(tǒng)。主機(jī)和目標(biāo)板之間可通過串口與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信,其連接方式如圖2所示。

基于MPC8313E嵌入式系統(tǒng)U-Boot的移植

3.1  交叉開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建

交叉編譯是指在一種計算機(jī)環(huán)境中運行的編譯程序能編譯出在另外一種環(huán)境下運行的代碼。簡單地說,就是在一個平臺上生成另一個平臺上的可執(zhí)行代碼。這里需要注意的是,所謂平臺,實際上包含兩個概念:體系結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)。同一個體系結(jié)構(gòu)可以運行不同的操作系統(tǒng);同樣,同一個操作系統(tǒng)也可以在不同的體系結(jié)構(gòu)上運行。

由于開發(fā)主機(jī)使用的是X86構(gòu)架的Linux,目標(biāo)板是PowePC構(gòu)架,我們需要首先搭建交叉的編譯環(huán)境。ELDK(EmbeddedLinuxDevelopmentKit)是德國denx提供的可供PowerPC嵌入式Linux移植的完整開發(fā)環(huán)境編譯套件,在開發(fā)主機(jī)上構(gòu)建交叉編譯環(huán)境的主要過程如下:

(1) ./install—d/usr/ppc/eldkppc_6xx;

(2) 編輯自己的帳戶目錄,并在.bashrc(例如:/root/)中加入下面內(nèi)容:

CROSS_COMPILE=ppc_6xx—

PATH=$PATH:/usr/ppc/eldk/usr/bin:/usr/ppc/el-dk/bin

exportCROSS.COMPILEPATH

(3) 保存。然后執(zhí)行source.bashrc

(4) 驗證安裝,執(zhí)行下列命令:

powerpc一linux—gcc—v

同時輸出gcc和glibc的版本號,例如:gccver-sion4.0.0(DENXELDK4.14.0.0),至此表明ELDK已安裝成功,交叉開發(fā)環(huán)境構(gòu)建完成。

3.2  U-Boot的移植

在修改U-Boot代碼之前,首先要做好系統(tǒng)地址空間的分配,而我們的目標(biāo)板是由MPC8313ERDB開發(fā)板裁剪后并添加與FPGA中雙口RAM接口產(chǎn)生的,所以只需要去掉MPC8313ERDB開發(fā)板中不用的部分并添加DPRAM的驅(qū)動即可,因此,設(shè)計時主要修改U—Boot—l.3.0中與MPC8313ERDB開發(fā)板有關(guān)的代碼就可以了,這樣既可提高移植后U-Boot的穩(wěn)定性,又可縮短開發(fā)時間。目標(biāo)板的系統(tǒng)地址空間的分配如表2所列。

基于MPC8313E嵌入式系統(tǒng)U-Boot的移植

(1) 修改頂層Makefile"1〕文件為目標(biāo)板添加新的規(guī)則:

MPC8313EMYB_33_con£ig:unconfig

@mkdir—p$(obj)include

@echo"〉$(obj)include/config,h;\

echo—n”...33M...”;\

echo"#defineCFG_33MHZ”〉〉$(obj)include/con-fig.h;

@$(MKCONFIG)—aMPC8313EMYBppcmpc83xxmpc8313emyb

(2) 在board目錄中創(chuàng)建mpc8313emyb目錄,將board/freescale/mpc8313erdb目錄中的全部文件復(fù)制到該目錄中并將mpc8313erdb.c文件重命名為mpc8313emyb.co修改mpc8313emyb.c文件,去掉PCI相關(guān)代碼(〃mpc83xx_pci_init(1,reg,warm-boot););

(3) 將include/configs目錄中MPC8313ERDB.h的內(nèi)容復(fù)制到MPC8313EMYB.h中,并作如下修改:

//#defineCONFIG_PCI

//#defineCONFIG_83XX_GENERIC_PCI

//并defineCONFIG_CMD_PCI

//井defineCONFIG_CMD_I2C

# defineCFG_SICRL(SICRL_USBDR|0x003C0000)

〃使能GPIO30和GPIO31

甘defineCFG_DPRAM_BASEOxFO000000

井defineCONFIG_DPRAM_ENET

/*DPRAMethernetsupport*/

# defineCFG_BR2_PRELIM0xf0001001

/*DPRAMBaseaddress*/

甘defineCFG_OR2_PRELIM0xf£fe0033

/*DPRAM,128Kbytes*/

# defineCFG LBLAWBAR2 PRELIMCFG DPRAM_BASE

并defineCFG_LBLAWAR2_PRELIM0x80000010

# defineCONFIG_IPADDR192.168.0.10

# defineCONFIG_SERVERIP192.168.0.155

# defineCONFIG_GATEWAYIP192.168.0.1

# defineCONFIG_NETMASK255.255.255.0

(4) 編譯生成U-Boot鏡像:

makeMPC8313EMYB_config

make

編譯完成后生成U-boot.bin文件;

(5) 燒寫鏡像到目標(biāo)板上

利用ftp將VMware中Linux中的u—boot,bin文件下載到Windows下,用FreescaleCodeWarrior中內(nèi)嵌的FlashProgramer將U—Boot鏡像燒寫到目標(biāo)板的NOR-Flash中。

4  U-Boot的調(diào)試

利用Freescale的CodeWarrior軟件和USBTAP可以很方便地在目標(biāo)板上對U-Boot經(jīng)行調(diào)試。調(diào)試U-Boot首先要在其鏡像文件中添加一些調(diào)試信息,在編譯U-Boot鏡像之前需要對代碼樹作如下修改":

(1) 修改U-Boot源碼根目錄下的config,mk文件;

DBGFLAGS=—g2-gdwarf-2

AFLAGS_DEBUG=_Wa,_gdwarf2OPTFLAGS=-O1

(2) 在libppc/board.c中找到debug("nowrunninginram…");語句并將debug改為printf;

(3) 編譯U-Boot,得到包含調(diào)試信息的ELF格式U-Boot文件。

利用第3步得到的ELF格式的U-Boot文件建立CodeWarrior工程。

U-Boot的調(diào)試分為三個階段:MMU開啟前的NOR-Flash運行階段、MMU開啟后的NOR-Flash運行階段和在RAM中的運行階段。MPC8313E±電復(fù)位配置后(讀取完硬件復(fù)位配置字),程序指針(PC)將跳轉(zhuǎn)到BR0+0x100映射的地址去取第一條指令,這里就是NOR-Flash中的0x100地址(_Start:),之后會在NOR—Flash中運行(NOR—Flash具有片內(nèi)執(zhí)行(eXecuteInPlace:芯片內(nèi)執(zhí)行)的特性)最初的初始化程序(主要是初始化RAM),直到程序被搬運到RAM中。程序在NOR-Flash中運行階段還可細(xì)分為兩個階段:MMUEna-ble前和MUUEnable后。

調(diào)試完U-Boot后,就可以將內(nèi)核鏡像、扁平設(shè)備樹文件和文件系統(tǒng)鏡像分別加載到目標(biāo)板上,至此,一套基于MPC8313E微處理器的Linux嵌入式系統(tǒng)就移植完成了。

5  結(jié)語

U-Boot作為一個通用的Bootloader軟件,可以穩(wěn)定的應(yīng)用到多種構(gòu)架的微處理器嵌入式平臺上,在作者開發(fā)的基于MPC8313E微處理器的大規(guī)模固態(tài)存儲管理系統(tǒng)中得到了很好的應(yīng)用,已經(jīng)成功的將linux—2,6.23內(nèi)核和Ramdisk格式的文件系統(tǒng)移植到目標(biāo)板上,并測試了DPRAM驅(qū)動,本套系統(tǒng)現(xiàn)已成功的在實際應(yīng)用中使用。

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