基于AT91RM9200的嵌入式ARM開發(fā)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可以裁剪來適應(yīng)系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗要求嚴(yán)格的專用計(jì)算機(jī)體系。隨著各種微處理器功能的完善以及軟件上操作系統(tǒng)的支持，使得嵌入式系統(tǒng)有了完整的體系架構(gòu)。

在專用的嵌入式板上運(yùn)行操作系統(tǒng)需要利用Bootloader來引導(dǎo)加載內(nèi)核和系統(tǒng)程序。Bootloader主要實(shí)現(xiàn)初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而把嵌入式硬件和嵌入式操作系統(tǒng)很好地銜接起來。

U-Boot是當(dāng)前比較流行、功能強(qiáng)大、比較有代表性的Bootloader，支持的處理器包括PowerARM(ARM7，ARM9，Srongarm，Xscale)、MIPS、X86、Motorola等系列。

與目前常見的嵌入式操作系統(tǒng)如Vxworks，QNx，Windows CE，Palm Os等相比，嵌入式Linux操作系統(tǒng)以價(jià)格低廉、功能強(qiáng)大而且易于移植被廣泛地使用到各種嵌入式設(shè)備當(dāng)中。文中主要介紹了基于at91 rm9200的ARM硬件開發(fā)平臺(tái)，以及U-Boot和Linux-2.6.20內(nèi)核在此平臺(tái)上的移植。

AT91RM9200處理器，是由Atmel公司開發(fā)的基于ARM920T內(nèi)核的微處理器，帶有MMU，CPU時(shí)鐘最高可達(dá)240 MHz，有著豐富的標(biāo)準(zhǔn)接口、EBI接口，內(nèi)部集成了靜態(tài)存儲(chǔ)控制器、SDRAM控制器、Burst Flash控制器等。SDRAM采用兩片hy57v651620b芯片，組成32 bit通道，大小一共16 MB，F(xiàn)lash采用Intel Js28f128芯片，容量為16 MB。網(wǎng)絡(luò)芯片采用dm9161a。系統(tǒng)硬件平臺(tái)的原理，如圖1所示。

1 U-Boot移植

對(duì)于AT91RM9200，系統(tǒng)上電時(shí)，通過檢測(cè)BMS來選擇系統(tǒng)的啟動(dòng)方式，如果BMS為高電平，則系統(tǒng)從片內(nèi)ROM啟動(dòng)，如果BMS為低電平，則從片外的Flash啟動(dòng)。在沒有移植U-Boot到Flash之前，只能選擇片內(nèi)ROM啟動(dòng)。片內(nèi)啟動(dòng)時(shí)，AT91RM9200的ROM上電之后被映射到了0x0和0x100000處，在這兩個(gè)地址處都可以訪問ROM。AT91RM9200的ROM固化了一個(gè)Bootloarder程序，這個(gè) Bootloader主要完成一些相應(yīng)的初始化工作，并且運(yùn)行Xmodem協(xié)議等待接收Loader.bin映像。Loader.bin代碼可以到 Atmel官方網(wǎng)站下載，Loader.bin主要完成的任務(wù)是通過Xmodem協(xié)議將U-Boot.bin下載到內(nèi)存中直接運(yùn)行。U-Boot.bin 在內(nèi)存中跑起來之后就可以利用U-Boot的功能把Boot.bin和U-Boot.bin寫到Flash中，從而實(shí)現(xiàn)片外Flash啟動(dòng)。其中 Boot.bin主要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)是把Flash中的U-Boot拷貝到內(nèi)存中執(zhí)行。

U-Boot的源代碼可以到官方網(wǎng)站下載。文中所用的版本是U-Boot-1.1.1，對(duì)AT91RM9200的芯片完全支持，由于具體硬件的不同，需要做一定的修改。支持AT91RM9200代碼在BOARD/AT91RM9200 目錄下面，主要有AT91RM9200DK.c，F(xiàn)lash.c，U-Boot.lds，Con-fig.mk幾個(gè)文件。主要做的修改如下：

(1)修改Config.mk中的Tex_base為0x20f00000，和前面的boot地址保持一致;

(2)修改Flash.c文件，使其支持Intel JS28F128芯片。由于官方使用支持的是AMD Flash，需要在代碼里添加對(duì)本系統(tǒng)芯片的支持。在U-Boot的代碼中Strong ARM架構(gòu)里的xm250，它的代碼是支持Intel Flash的，可以參考相應(yīng)代碼實(shí)現(xiàn)移植;

(3)修改頭文件 include/Configs/AT91RM9200dk.H，主要修改的是針對(duì)SDRAM以及Flash的參數(shù)配置：將phys_sdram設(shè)置成 0x20000000，這個(gè)是SDRAM的起始地址，phys_flash_sdram_size設(shè)置為0x1000000，SDRAM容量為16 MB。對(duì)于Flash，需要修改的是：Flash起始地址設(shè)置為0x10000000(Flash掛在bank0上)，phys_flash_size設(shè)置為0x1000000。扇區(qū)的總數(shù)cfg_max_flash_sect相應(yīng)設(shè)置為128。

最后在Linux里安裝交叉編譯器，筆者用的交叉編譯器的版本是2.95.3，編譯代碼，生成U-Boot.bin文件。U-Boot啟動(dòng)后顯示，如圖2所示。

2 Linux2.6.20內(nèi)核移植

2.1 Linux內(nèi)核版本選擇

Linux內(nèi)核版本更新速度非常塊，現(xiàn)在最新的版本已發(fā)展到了2.6.26.3。與2.4內(nèi)核相比，2.6內(nèi)核穩(wěn)定性更好、對(duì)于總線、文件系統(tǒng)、塊設(shè)備支持、多媒體、網(wǎng)絡(luò)安全性等方面都有了更好的支持，因此筆者選擇移植功能和可靠性都比較歐成熟的Linux2.6.20版本到本系統(tǒng)中。 Linux內(nèi)核的源代碼可在www.kernel.org網(wǎng)站上下載，Atmel官方網(wǎng)站上可以獲取針對(duì)AT91RM9200的補(bǔ)丁2.6.20- AT91.patch.gz和Linux-2.6.20-exp.diff.Bz2。對(duì)Linux2.6.20源代碼打上支持AT91RM9200處理器的補(bǔ)丁之后，內(nèi)核就可以支持AT91RM9200處理器了。

2.2 交叉編譯環(huán)境的建立

采用的交叉編譯工具為ARM-Linux-Gcc3.4.1，這是目前比較通用支持編譯2.6內(nèi)核的交叉編譯器，完全支持編譯2.6內(nèi)核，在開發(fā)平臺(tái)上將交叉編譯器安裝好，并配置好環(huán)境變量Path=$Path：/Usr/Local/Arm/3.4.1/Bin。

2.3 解決Machine Id問題

在U-Boot的代碼中，支持的AT91RM9200的Machine類型為25 1、262兩種，這兩種在Include/asm-arm/mach-types.h定義為mach_type_AT91RM9200和 mach_type_AT91RM9200dk，在U-Boot中board/AT9 1 RM9200dk/AT91 RM9200dk.c中采用的是第一種，而在Linux2.6.20內(nèi)核代碼中arh/Arm/Math-AT91RM9200使用的類型卻為 AT91RM9200DK，也就是第2種。因此在啟動(dòng)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)Machine不匹配的問題，解決問題的辦法就是更改U-Boot或者Linux內(nèi)核的代碼，使其Machine類型相匹配。

2.4 Nor Flash的地址安排

筆者采用的Flash為16 MB NOR Flash，為了實(shí)現(xiàn)層次文件系統(tǒng)，需要增加NOR Flash MTD驅(qū)動(dòng)支持，具體地址安排，如圖3所示。

在Dirvers/MTD/Maps/里增加AT91 RM9200.c文件，作為自己的分區(qū)代碼，并且編譯進(jìn)內(nèi)核。

2.5 編譯內(nèi)核

首先要修改內(nèi)核內(nèi)核目錄下MAKEFILE文件，編譯器修改為安裝好的交叉編譯器，即Arch?=ARM和 Cross_Compile?=ARM-Linux-，然后運(yùn)行命令make AT91RM9200DK_Defconfig，配置好內(nèi)核。如果需要修改一些具體的配置，可以運(yùn)行makeMenuconfig命令進(jìn)入如下菜單進(jìn)行配置。配置好內(nèi)核之后運(yùn)行make Image命令，編譯生成內(nèi)核鏡像Vmlinux，最后用Mkimage工具生成Uimage。[!--empirenews.page--]

2.6 制作Ramdisk文件系統(tǒng)

Linux采用文件系統(tǒng)組織系統(tǒng)中的文件和設(shè)備，為設(shè)備和用戶程序提供統(tǒng)一接口，因此Linux啟動(dòng)還需要有根文件系統(tǒng)。根文件系統(tǒng)的作用是存放各種工具、應(yīng)用程序以及必須的庫(kù)文件等。Ramdisk是通過計(jì)算機(jī)的內(nèi)存用作設(shè)備來創(chuàng)建和掛在文件系統(tǒng)的一種驅(qū)動(dòng)機(jī)制，它通常用于無盤系統(tǒng)。根文件系統(tǒng)通常包括一下目錄內(nèi)容：/Dev(設(shè)備目錄);/Proe(Proe文件系統(tǒng)目錄);/Etc(系統(tǒng)配置文件);/Sbin(系統(tǒng)程序的目錄);/Bin(系統(tǒng)應(yīng)用程序，通常由busybox來實(shí)現(xiàn));/Lib(共享庫(kù)文件);/Mnt(裝在其它磁盤節(jié)點(diǎn)的目錄);/Usr(附加應(yīng)用程序的目錄)。

3 結(jié)束語

ARM9作為新一代處理器有著更高的性價(jià)比、更低的功耗、執(zhí)行速度更快、性能更高、應(yīng)用范圍更加廣泛的特點(diǎn);Linux以其優(yōu)越的性能、源代碼的開放、容易移植等特點(diǎn)被應(yīng)用于越來越多的領(lǐng)域當(dāng)中?；?strong>AT91RM9200微控制器的硬件嵌入式開發(fā)平臺(tái)，可以根據(jù)具體需要，應(yīng)用于嵌入式教學(xué)實(shí)驗(yàn)以及嵌入式產(chǎn)品開發(fā)等多種場(chǎng)合中，具有廣闊的發(fā)展前景。