基于嵌入式Linux和.Arm的遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊的設(shè)計
引言
嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。其中基于嵌入式Linux的遠(yuǎn)程配置模塊的設(shè)計越來越得到人們的關(guān)注。通過基于嵌入式Linux的遠(yuǎn)程配置模塊設(shè)計,遠(yuǎn)程專家和相關(guān)技術(shù)人員可以從Internet網(wǎng)上任意節(jié)點對服務(wù)器端所連接的設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控.并執(zhí)行操作的修改。
系統(tǒng)的主要功能是通過計算機可使遠(yuǎn)程專家和相關(guān)技術(shù)人員在異地通過系統(tǒng)的客戶器端監(jiān)控多臺設(shè)備的運行狀態(tài)。系統(tǒng)在設(shè)備端的服務(wù)器端不僅僅承擔(dān)一些實時檢測系統(tǒng)狀態(tài)的任務(wù).而且需要把這些記錄信息進(jìn)行保存,并對客戶端軟件發(fā)出的請求進(jìn)行相應(yīng)的處理,系統(tǒng)在硬件上擴展了網(wǎng)卡模塊、輸入輸出信號接口等模塊,以滿足遠(yuǎn)程控制的需求。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
本系統(tǒng)采用三星公司.ARM7TDMI核心的S3C44BOX作為微處理器芯片,系統(tǒng)硬件框架結(jié)構(gòu)圖如圖l所示,其電路原理圖如圖2所示。
1.1 存儲模塊設(shè)計
系統(tǒng)的FLASH采用的是HY29LV160,容量大小為2M字節(jié),充當(dāng)S3C44BOX的程序存儲器,其內(nèi)部存放啟動代碼、uclinux內(nèi)核、以太網(wǎng)MAC地址以及應(yīng)用程序等。HY29LV160的單片存儲容量為16M位(2 M字節(jié)),工作電壓為2.7 V~3.6 V,采用48腳TSOP封裝或48腳FBGA封裝,16位數(shù)據(jù)寬度,可以以8位(字節(jié)模式)或16位(字模式)數(shù)據(jù)寬度的方式工作。在本系統(tǒng)設(shè)計過程中,考慮到uclinux操作系統(tǒng)帶應(yīng)用程序的最大容量不會超過l_7 MB,因此,F(xiàn)LASH采用大小為2MB的FLASH存儲器就可以滿足系統(tǒng)的需求。DRAM采用的是HY57V641620,用于設(shè)置程序堆棧和存放各種變量。HY57V641620存儲容量為4組x 16 M位(8 M字節(jié)),工作電壓為3.3 V,根據(jù)系統(tǒng)需求,可構(gòu)建16位或32位的SDRAM存儲器系統(tǒng).但為充分發(fā)揮32位CPU的數(shù)據(jù)處理能力,系統(tǒng)采用32位的SDRAM存儲器系統(tǒng),共16 MB的SDRAM空間,可滿足嵌入式操作系統(tǒng)及各種相對較復(fù)雜的算法的運行要求。
1.2 網(wǎng)絡(luò)接口模塊設(shè)計
系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口芯片采用的是RTL8019AS。它是一款10 M以太網(wǎng)芯片,能夠為系統(tǒng)提供以太網(wǎng)的接入。RTL8019AS數(shù)據(jù)總線寬度為16位。因此設(shè)計中將IOCS16B引腳上拉。RTL8Ol9AS內(nèi)部集成了兩塊RAM。一塊16 kB,地址為0x4000—7FFF;一塊32字節(jié),地址為0x0000一Ox001F。16 k的RAM用作收發(fā)數(shù)據(jù)的緩沖區(qū),一般將0x4000—0x46FF作為發(fā)送緩沖區(qū),0x4700—0x7FFF作為接收緩沖區(qū)。RTL8019的中斷輸出INTO與S3C44BOX的EINTO端相連。這樣可以通過處理器的外部中斷O來報告CPURTL8019AS目前所執(zhí)行的操作,如發(fā)送和接收數(shù)據(jù),錯誤異常等等。系統(tǒng)可以通過查詢RTL8019內(nèi)部寄存器ISR的值.從而得到系統(tǒng)所處的運行狀態(tài)進(jìn)行讀取。[!--empirenews.page--]I0S2上拉,其它懸空,當(dāng)RTL8019AS的引腳懸空時,引腳的輸入狀態(tài)為低電平,里面有一個100 kΩ的下拉電阻,因此IOSO,IOSI,I0S3均為低電平,芯片的I/0基址是200H。片選AEN接處理器的nGCS5也就是Bank5,因此RTL8019在系統(tǒng)中分配的地址范圍為:0xoa000000—0xoc000000。由于數(shù)據(jù)總線寬度為16位,處理器的A1連接8019的SA0,因此對于處理器來說RTL8019AS的I/0基址是0XOA000400H。20F001是網(wǎng)卡濾波器,內(nèi)部包含一對低通濾波器和一對隔離變壓器.直接與RJ45的水晶插座連接。
2 系統(tǒng)軟件平臺的構(gòu)建
uclinux經(jīng)過對標(biāo)準(zhǔn)Linux內(nèi)核的改動,形成了一個高度優(yōu)化的、代碼緊湊的嵌入式Linux,雖然它的體積很小,但uclinux仍然保留了Linux的大多數(shù)的優(yōu)點:穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、對各種文件系統(tǒng)完備的支持,以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的API,適合遠(yuǎn)程配置模塊的建立。因此,遠(yuǎn)程配置模塊以uclinux為基礎(chǔ),建立系統(tǒng)的軟件平臺。
系統(tǒng)采用GNU的套件arm-elf工具鏈:arm—elf-tools-20030314.sh建立對uclinux進(jìn)行編譯的交叉環(huán)境。將arm-elf-tools-20030314.sh拷貝到根目錄,運行安裝:
sh arm-elf-tools-20030314.sh即可對uclinux進(jìn)行編譯和移植了
交叉編譯成功后,在uClinux-dist/目錄下產(chǎn)生images目錄,其中包含的3個二進(jìn)制文件文件image.ram,image.rom和romfs.img。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)的軟件是實現(xiàn)遠(yuǎn)程配置模塊的核心,首先編寫bootloader的過程,以優(yōu)化系統(tǒng)在開發(fā)板上的執(zhí)行,然后實現(xiàn)了應(yīng)用程序以及設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)。應(yīng)用程序的開發(fā)主要是基于Socket應(yīng)用程序的編寫。在socket的實現(xiàn)過程中.本系統(tǒng)采用了xml文件配置設(shè)備驅(qū)動參數(shù)。
3.1 Bootloader的設(shè)計
Bootloader的設(shè)計主要是為了在系統(tǒng)上電復(fù)位之后,將系統(tǒng)程序執(zhí)行跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)內(nèi)核的執(zhí)行地點。針對這個主要的功能,必須對微處理器的內(nèi)核以及其他部分進(jìn)行初始化以及其它的功能擴展,Bootloader它主要完成了以下幾個過程:
(1)建立中斷向量表
(2)初始化各種處理器模式
(3)引入特殊變量
(4)初始化memory
(5)代碼復(fù)制
完成了系統(tǒng)的硬件初始化過程后,將CPU使用權(quán)交給
了操作系統(tǒng),從而完成了.Bootloader的最終目的。
3.2設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)
Linux對設(shè)備的操作Linux系統(tǒng)訪問設(shè)備就像訪問文件
—樣。例如打開設(shè)備使用系統(tǒng)調(diào)用open(),關(guān)閉設(shè)備使用系