基于μClinux的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)監(jiān)測(cè)、控制等各個(gè)領(lǐng)域，嵌入式系統(tǒng)將越來(lái)越多地支持互聯(lián)網(wǎng)功能。人們對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)的功能和可靠性都提出了越來(lái)越高的要求。同時(shí)，隨著微電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，高檔處理器的成本大幅度下降及軟件技術(shù)的發(fā)展，嵌入式操作系統(tǒng)日趨成熟。
　　本文對(duì)基于32位微處理器和μClinux[1]的嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行了研究，從硬件核心—32位微處理器的選型，其他硬件部分的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序的編寫，嵌入式操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)的移植，完成了對(duì)一個(gè)嵌入式系統(tǒng)從計(jì)劃設(shè)計(jì)到開發(fā)調(diào)試的完整過(guò)程的研究。
1 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　μClinux的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。本系統(tǒng)采用韓國(guó)三星公司的S3C44B0X[2]微處理器,外擴(kuò)一片norflash芯片HY29LV160B、nandflash芯片K9F2808u和SDRAM芯片 HY57V561620，JTAG接口，RS232串口；帶有開關(guān)量采集模塊、模擬量采集模塊和以太網(wǎng)通信模塊；采用μClinux嵌入式操作系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。

硬件系統(tǒng)上使用了兩種類型的Flash，一種是norflash，另一種是nandflash。norflash適宜連續(xù)大容量存儲(chǔ)，價(jià)格相對(duì)便宜；相比較，nandflash隨機(jī)存儲(chǔ)速度快、價(jià)格高。所以在本系統(tǒng)中結(jié)合兩種Flash的優(yōu)勢(shì)，將移植的操作系統(tǒng)存放在norflash之中，nandflash則是用來(lái)存儲(chǔ)應(yīng)用程序的代碼和常量，保證用戶的程序在掉電后不丟失。
　　該方案設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，硬件電路中采用韓國(guó)三星公司的S3C44BOX微處理器，8 KB Cache、可選的內(nèi)部SRAM、2通道UART、8通道10 bit ADC、71個(gè)通用I/O口、2個(gè)可編程32 bit定時(shí)器，能夠基于芯片設(shè)計(jì)復(fù)雜的系統(tǒng)。其架構(gòu)滿足了μClinux正常運(yùn)行的基本要求。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　為使該系統(tǒng)具有較好的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，在μClinux平臺(tái)上設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)中各個(gè)任務(wù)在宏觀上按照一定的關(guān)系并行工作，CPU資源得到充分利用，系統(tǒng)可靠性得到很大的保證，方便組織開發(fā)任務(wù)。在μClinux平臺(tái)上，軟件設(shè)計(jì)工作主要包括：Bootloader的移植、μClinux在S3C44B0X上的移植、驅(qū)動(dòng)程序的編寫和應(yīng)用程序的編寫。
2.1 Bootloader的移植
　　Bootloader是嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，它緊密地將軟硬件銜接在一起，對(duì)于一個(gè)嵌入式設(shè)備后續(xù)的軟件開發(fā)至關(guān)重要。Blob是Boot Loader Object的縮寫，是一款功能強(qiáng)大的Bootloader。MBA44B0是一款基于S3C44B0的開發(fā)板。本文將以運(yùn)行在MBA44B0開發(fā)板上的Blob的源代碼為基礎(chǔ)，再針對(duì)自己的開發(fā)板進(jìn)行Blob的移植。Blob的啟動(dòng)流程的文件關(guān)系如圖2所示。

Blob編譯后的代碼定義最大為64 KB，并且這64 KB又分成兩個(gè)階段來(lái)執(zhí)行。第一階段的代碼在start.s中定義，大小為1 KB，它包括從系統(tǒng)上電后在0x00000000地址開始執(zhí)行的部分，并運(yùn)行在Flash中，包括對(duì)S3C44B0的一些寄存器的初始化和將Blob第二階段代碼從Flash拷貝到SDRAM中。余下63 KB代碼都是第二階段的代碼。其起始文件為Trampoline.s，被復(fù)制到SDRAM后，就從第一階段跳到這個(gè)文件開始執(zhí)行剩余部分代碼。這個(gè)階段最大為63 KB，單詞trampoline詞義為“蹦床”，所以在這個(gè)程序中進(jìn)行一些BSS段設(shè)置、堆棧的初始化等工作后，最后跳轉(zhuǎn)到Main.c進(jìn)入C函數(shù)。
2.2 μClinux的移植[3]
　　μClinux2.4.x發(fā)行包中的內(nèi)核對(duì)S3C44B0X處理器的支持是不完整的，因此，不可能在make config配置選項(xiàng)中選中S3C44B0X目標(biāo)板后，直接編譯它來(lái)得到一個(gè)很好的支持S3C44B0X開發(fā)板的內(nèi)核映像。這里對(duì)μClinux原代碼的改寫主要是對(duì)網(wǎng)卡支持部分和中斷部分（這部分時(shí)為以后擴(kuò)展準(zhǔn)備的），由于RTL8019AS網(wǎng)卡與NE2000系列的網(wǎng)卡是兼容的，所以可以直接借助μClinuxdriversnetne.c源代碼進(jìn)行改寫。
　　（1）在Ne.c中函數(shù)ne_probe就是網(wǎng)卡的檢測(cè)函數(shù)，如果檢測(cè)到Ne2000兼容的網(wǎng)卡就是return 0，可以參考一下添加的函數(shù)的語(yǔ)法格式，將網(wǎng)卡的基地址、中斷號(hào)都放到這里面定義：[!--empirenews.page--]
　　#elif defined(CONFIG_ARCH_S3C44B0)
　　static int once = 0；
　　if (once)
　　return -ENXIO；
　　if (base_addr == 0) {
　　dev->base_addr = base_addr = ARM_NE2000_BASE；
　　dev->irq = ARM_NE2000_IRQ；
　　once++；
　　}
　　其中，ARM_NE2000_BASE和ARM_NE2000_IRQ是在配置內(nèi)核的時(shí)候定義的。
　?。?）ne_probe是被Space.c調(diào)用的，這里網(wǎng)卡的檢測(cè)是從./drivers/net/Space.c的ethif_probe函數(shù)中實(shí)現(xiàn)的，關(guān)鍵代碼如下：
　　if (probe_list(dev, eisa_probes) == 0)
　　return 0；
　　eisa_probes                   ：在前面定義成全局
　　static struct devprobe eisa_probes[] __initdata = {
　　#ifdef CONFIG_DE4X5???????????? /* DEC DE425, DE434, DE435 adapters */
　　{de4x5_probe, 0},
　　#endif
　　…………
　　{NULL, 0},
　　}；
　　添加的函數(shù)是：
　　　　if (probe_list(dev, arm_probes) == 0)
　　　　return 0；
　　并定義：
　　static struct devprobe arm_probes[] __initdata = {
　　#ifdef CONFIG_ARM
　　{ne_probe, 0},
　　　　#endif
　　{NULL, 0},
　?。?）地址偏移的問(wèn)題
　　同樣是在ne.c中ne_probe1的代碼中。為了更好地說(shuō)明所修改的地方，首先應(yīng)該先介紹一下硬件的配置和連接。這里8019在S3C44B0的Bank 5上，工作在跳線模式，所以起始基地址就是0x0a000600。還有一點(diǎn)需要特別注意的是：8019工作在16位模式下，數(shù)據(jù)線一對(duì)一地連接，地址線錯(cuò)開一位，即8019的A0連接S3C44B0的A1……這樣，8019的基地址（Reg0的地址）是0x0a000600，Reg1的地址就是0x0a000602……所以地址不是連續(xù)增加的，那么對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序要做相應(yīng)的修改。
　　#elif defined(CONFIG_ARM)
　　#define EI_SHIFT(x) ((x)*2)
　　　其中EI_SHIFT可以查看到8390.h的定義。
　　　也有直接訪問(wèn)外部的代碼，所以要添加的還有：
　　#ifdef CONFIG_ARM
　　regd = inb_p(ioaddr + 0x0d*2);
　　outb_p(0xff, ioaddr + 0x0d*2);    ：函數(shù)outb_p和inb_p訪問(wèn)外部IO的函數(shù)
　　#else
　　regd = inb_p(ioaddr + 0x0d)；
　　outb_p(0xff, ioaddr + 0x0d)；
　　這樣就被解決了地址偏移的問(wèn)題，這里采用預(yù)處理來(lái)添加自己的代碼，不直接在原有的代碼上修改，可以保證代碼的完整性和可移植性，也較容易比較和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。
　　主程序和μClinux中的系統(tǒng)文件放在同一個(gè)程序下，進(jìn)行編譯即可。為了提高執(zhí)行效率，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用修改μClinux的部分常用代碼，甚至剪切掉某些不必要的代碼。
　　基于μClinux的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件的設(shè)計(jì)方案在硬件上簡(jiǎn)潔可靠；軟件可維護(hù)性好，可擴(kuò)展性好，有利于系統(tǒng)的后續(xù)開發(fā)，降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。隨著嵌入式產(chǎn)品研究的深入，網(wǎng)絡(luò)接口芯片的研究也會(huì)快速發(fā)展，使智能化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更趨向簡(jiǎn)單、標(biāo)準(zhǔn)、成熟。可以看出，嵌入式μClinux操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)將會(huì)得到更大的發(fā)展和更廣闊的應(yīng)用。