基于嵌入式Linux在PMP消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品上的應(yīng)用

Linux的基本思想有兩點(diǎn)：第一，一切都是文件;第二，每個(gè)軟件都有確定的用途。其中第一條詳細(xì)來(lái)講就是系統(tǒng)中的所有都?xì)w結(jié)為一個(gè)文件，包括命令、硬件和軟件設(shè)備、操作系統(tǒng)、進(jìn)程等等對(duì)于操作系統(tǒng)內(nèi)核而言，都被視為擁有各自特性或類(lèi)型的文件。至于說(shuō)Linux是基于Unix的，很大程度上也是因?yàn)檫@兩者的基本思想十分相近。

Linux 是一種適合于嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)源操作系統(tǒng)，可以高效地處理各種復(fù)雜的任務(wù)。從基于TI DM320的PMP 解決方案入手，以TI DM320 平臺(tái)為例，提出一種在PMP 系統(tǒng)上應(yīng)用嵌入式Linux 的方法，探討了Bootloader 啟動(dòng)程序和嵌入式Linux 內(nèi)核的移植過(guò)程。

1 引言

PMP (Portable MulTImedia Player，便攜式多媒體播放器)，也就是通常人們所說(shuō)的MP4，現(xiàn)在是消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品的一個(gè)新熱點(diǎn)[1].而TI 的解決方案是基于該公司的DM320 DSP，其處理器為DSP+ARM 雙核處理器架構(gòu)，利用DSP 進(jìn)行音視頻編解碼和圖像編解碼等多媒體處理，ARM 處理器負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理及提供外圍設(shè)備接口。該方案在多媒體性能與綜合成本方面極具競(jìng)爭(zhēng)力。但是軟件編程相對(duì)復(fù)雜以及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)。

2 PMP軟件體系框架

PMP 軟件最底層是操作系統(tǒng)層，該層主要包括Bootloader 引導(dǎo)程序和嵌入式Linux 操作系統(tǒng)。

Bootloader 主要完成系統(tǒng)從Flash 的啟動(dòng)、硬件各部分的初始化、LOGO 的顯示以及OS 的引導(dǎo);嵌入式Linux 主要包括經(jīng)過(guò)定制的適合在DM320 上運(yùn)行的Linux 操作系統(tǒng)。

3 Bootloader引導(dǎo)程序的定制

3.1 DM320 下的Bootloader 的啟動(dòng)過(guò)程

Bootloader是指系統(tǒng)啟動(dòng)后，在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序。不同的Bootloader 的安裝介質(zhì)Flash，系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程是不一樣的。

1) 當(dāng)安裝介質(zhì)為NOR Flash 時(shí)，Bootloader 就可以直接在 Flash 閃存內(nèi)運(yùn)行，不必把代碼拷貝到系統(tǒng)RAM 中。啟動(dòng)方式設(shè)置成外部Memory，這樣ARM的開(kāi)始地址就從0xFFFF：0000 開(kāi)始。然后在Bootloader 的程序中， 把入口地址設(shè)置成0xFFFF：0000 即可。

2) 當(dāng)安裝介質(zhì)為NAND Flash 時(shí)，系統(tǒng)上電以后，運(yùn)行ROM 里面的啟動(dòng)代碼，選擇啟動(dòng)方式為：

AIM(Arm Internal Memory)ROM，ARM 的開(kāi)始地址為0x0000：0000.然后ROM 里的程序會(huì)拷貝NANDFlash 里的User Bootloader 到處理器內(nèi)部的RAM.

再次，執(zhí)行User Bootloader 程序，完成初始化SDRAM 和驅(qū)動(dòng)NAND Flash 的讀能力等少量工作。

最后初始化系統(tǒng)，將NAND Flash 中的主Bootloader拷貝到SDRAM 中執(zhí)行，拷貝完成后，要把存放主Bootloader 的內(nèi)存地址， 賦值給pc(ProgramCounter)指針。

3.2 DM320 下Bootloader 啟動(dòng)程序的定制

本PMP 使用的Bootloader 為U-Boot.從Internet 上得到開(kāi)源的U-Boot 程序，然后對(duì)DM320特有硬件環(huán)境進(jìn)行初始化工作。

1) 修改Makefile 和Kconfig，目的是生成適合DM320 平臺(tái)的配置選項(xiàng)以及目標(biāo)文件。在。/Makefile(當(dāng)前目錄均為U-Boot 源碼樹(shù)根目錄)下加入如下語(yǔ)句：

dm320_config ： unconfig

@./mkconfig $(@：_config=) arm arm926ejsdm320

其中mkconfig 為一個(gè)腳本文件， 參數(shù)為(Target，Architecture，CPU ，Board)分別對(duì)應(yīng)上面的四個(gè)參數(shù)($(@：_config=) arm arm926ejsdm320)。

2) 在U-Boot 源碼樹(shù)下創(chuàng)建文件夾。/board/dm320.存放與DM320 平臺(tái)有關(guān)的文件。

3) 在。/board/dm320/platform.S 中加入對(duì)DM320 寄存器初始化賦值語(yǔ)句， 在。/cpu/arm926ejs 中對(duì)cpu.c 和start.S 修改，前者提供有關(guān)cpu操作的函數(shù)，后者為cpu 執(zhí)行時(shí)的初始化代碼。

4) ./lib_arm/board.c 是完成初始化操作的主要文件。在文件中定義了一個(gè)初始化序列：

init_fnc_t *init_sequence[] = {

cpu_init， /* basic cpu dependent setup */

board_init， /* basic board dependent setup */

interrupt_init， /* set up excepTIons */

env_init， /* initialize environment */

init_baudrate， /* initialize baudrate settings */

serial_init，/* serial communications setup */

console_init_f， /*init console */

display_banner， /* say that we are here */

dram_init，/*configure available RAM banks */

display_dram_config，

#if defined(CONFIG_VCMA9)

checkboard，

#endif

NULL，

};

上述數(shù)組中函數(shù)序列依次執(zhí)行。在完成初始化序列后，將是一些特定的操作。

4 Linux內(nèi)核的定制

本系統(tǒng)中采用的Linux 內(nèi)核版本號(hào)為2.6.5.要定制Linux 內(nèi)核，不僅要修改內(nèi)核源碼樹(shù)，而且要編寫(xiě)相關(guān)外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序， 使之成為一個(gè)適合DM320 運(yùn)行的OS 環(huán)境。

4.1 Kconfig 文件的修改

Kconfig 文件是用來(lái)對(duì)所要加載內(nèi)核內(nèi)容進(jìn)行配置的文件，其腳本語(yǔ)言描述參考。\Documentation\kbuild.

首先，在內(nèi)核目錄下。/arch/arm/Kconfig 中加入DM320 的配置選項(xiàng)，將DM320 框架加入內(nèi)核，這樣才能在執(zhí)行make menuconfig 配置內(nèi)核時(shí)看到DM320 框架。修改內(nèi)容如下：

choice

prompt “ARM system type”

default ARCH_DM320_20

表示：在配置ARM 架構(gòu)的系統(tǒng)時(shí)：默認(rèn)的就是DM320 框架。

source“arch/arm/mach-dm320-20/Kconfig”

表示：把DM320 框架下的配置選項(xiàng)也引入，同時(shí)把其他CPU 框架去掉，這樣方便選擇。比如：

#source “arch/arm/mach-clps711x/Kconfig”

#source“arch/arm/mach-integrator/Kconfig”(“#”表示注釋掉相關(guān)的內(nèi)容)

最后把內(nèi)核配置選項(xiàng)中對(duì)DM320 開(kāi)發(fā)有用的選進(jìn)來(lái)。比如：

source “drivers/char/Kconfig”

if (!ARCH_DM320_20)

source “sound/Kconfig”

endif

表示：需要開(kāi)發(fā)字符設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，而不需要聲音的支持。

因?yàn)橐袰ODEC 編入內(nèi)核，所以還要加入對(duì)CODEC 支持的配置選向。

source “codecs/modules/Kconfig”

如果要加入一個(gè)新的外圍設(shè)備，也需要在Kconfig文件中加入相應(yīng)的內(nèi)容。比如說(shuō)要加入一個(gè)三星的4寸TFT-LCD 的驅(qū)動(dòng)，就需要修改。/drivers/char/Kconfig 文件，并加入以下內(nèi)容：

config DM320_SAMSUNG_4_LCD

tristate “DM320 SAMSUNG 4.0 inch 16：9TFT LCD”

depends on ARCH_DM320_20 &&BOARD_400H

default y

help

This driver provides support for SAMSUNG4.0‘ 16：9 TFT-LCD

for DM320 Platform.

config DM320_SAMSUNG_4_LCD：表示增加

新的配置入口。一旦這個(gè)配置選項(xiàng)被選中就會(huì)在。/include/linux/autoconf.h 中有： #defineCONFIG_DM320_SAMSUNG_4_LCD 1

這樣整個(gè)內(nèi)核源碼中都可以使用CONFIG_DM320_SAMSUNG_4_LCD 進(jìn)行特定選擇。

tristate “DM320 SAMSUNG 4.0 inch 16：9TFT-LCD”：在引號(hào)里的內(nèi)容是在配置選項(xiàng)中的提示文字。tristate 表示除了可以選擇[*]，[ ]外，還可以選擇[M]，表示把當(dāng)前內(nèi)容當(dāng)成模塊編譯。

depends on ARCH_DM320_20 && BOARD_400H： 如果配置平臺(tái)框架時(shí)選擇了ARCH_DM320_20，在選擇型號(hào)時(shí)選擇BOARD_400H，就能看到三星4 寸TFT-LCD 配置選項(xiàng)。

default y：表示默認(rèn)把此驅(qū)動(dòng)編入內(nèi)核。

help：help 的內(nèi)容為對(duì)內(nèi)核進(jìn)行配置時(shí)，選中幫助選項(xiàng)所看到的內(nèi)容。

4.2 Makefile 文件的修改

Makefile 根據(jù)配置文件。config 形成編譯源文件列表，GNU 編譯工具對(duì)源文件進(jìn)行編譯，把目標(biāo)代碼鏈接在一起，形成Linux 內(nèi)核二進(jìn)制文件。Makefile分布在各源代碼目錄中。

在作者所進(jìn)行的PMP 設(shè)備開(kāi)發(fā)中，首先是對(duì)主Makefile 的修改，比如：

ARCH：= arm

CROSS_COMPILE：=arm-linux-(對(duì)編譯器的選項(xiàng)修改為ARM 平臺(tái))

EXTRAVERSION = -our0

EXTRAVERSION 變量值被附加在內(nèi)核版本編號(hào)之后，成為內(nèi)核建立后的最終版本。項(xiàng)目中使用的內(nèi)核版本號(hào)為2.6.5，加上EXTRAVERSION 變量后，最終的版本就是2.6.5-our0，表示開(kāi)發(fā)過(guò)程中零號(hào)內(nèi)核版本。

對(duì)其他子目錄的Makefile 文件的修改則相對(duì)容易。以加入三星4 寸TFT-LCD 驅(qū)動(dòng)為例說(shuō)明，當(dāng)需要把此驅(qū)動(dòng)模塊加入相應(yīng)的內(nèi)核源碼樹(shù)時(shí)， 要在。/drivers/char/Makefile 文件中加入如下內(nèi)容：

obj-$(CONFIG_DM320_SAMSUNG_4_LCD) +=dm320_lcd_samsung4.o

5 總結(jié)

本文探討了嵌入式Linux在PMP消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品上的應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)了啟動(dòng)程序Bootloader 和Linux內(nèi)核的移植和定制。目前一些項(xiàng)目產(chǎn)品已經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試，成功推向市場(chǎng)。