Blackfin處理器及嵌入式mClinux在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用
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前言
在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,數(shù)字處理是系統(tǒng)核心內(nèi)容之一;然而隨著科技發(fā)展,越來越多的功能需求使得采集系統(tǒng)的外設(shè)也越來越復(fù)雜,外設(shè)通訊和驅(qū)動編寫成為一項(xiàng)復(fù)雜和繁瑣的工作。以應(yīng)用為中心的嵌入式系統(tǒng)為此類需求提供了一個良好的解決方案,能夠適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用中對功能、可靠性、成本、體積、功耗的嚴(yán)格要求。ADI公司的Blackfin系列處理器將嵌入式微控制器和DSP融為一體,取二者之長,提高了系統(tǒng)工作效能,大大降低了成本。同時,多線程的實(shí)時嵌入式操作系統(tǒng)也可增強(qiáng)采集系統(tǒng)的實(shí)時性、穩(wěn)定性。對開發(fā)者來說, Blackfin處理器和mClinux的結(jié)合很有吸引力。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件平臺
本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由2個數(shù)據(jù)采集通道、1個觸發(fā)通道、ADC轉(zhuǎn)換及存儲電路、DSP及FPGA控制部分組成,并包含有以太網(wǎng)、RS232接口、USB、TFT液晶顯示部分。系統(tǒng)硬件平臺原理框圖如圖1所示。
信號從采集通道進(jìn)入,經(jīng)過信號調(diào)理電路進(jìn)入ADC,被轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號即進(jìn)入FPGA、DSP進(jìn)行數(shù)字控制處理。經(jīng)過DSP處理過的信號,可送至其它外設(shè)以顯示、存儲,或通訊。
圖1 系統(tǒng)硬件原理框圖
BF531為系統(tǒng)的核心部分之一,供電電壓3.3V,內(nèi)核電壓1.2V,為了使系統(tǒng)能夠開機(jī)自動從FLASH中啟動,設(shè)置BMODE為00,即從外部存儲器啟動。FPGA、片外SDRAM、flash,以及USB和液晶直接和BF531通過地址線、數(shù)據(jù)線相連。
系統(tǒng)中應(yīng)用了TFT LCD液晶顯示模塊FG050605DNC,該LCD控制簡單,只有RGB每色5個共15個信號,以及數(shù)據(jù)使能、數(shù)據(jù)時鐘和行頻、場頻控制信號。LCD晶直接由DSP控制,DSP的Timer1、Timer2提供行、場頻信號,PPI口傳輸數(shù)據(jù),由FPGA提供時鐘,配置mClinux開辟一塊framebuffer作為顯示數(shù)據(jù)存儲區(qū),配合Linux下的液晶驅(qū)動,即可工作。
軟件設(shè)計(jì)
由于DSP中運(yùn)行的是基本上已經(jīng)成熟的算法和控制流程,所以軟件設(shè)計(jì)的主要工作為在DSP中嵌入操作系統(tǒng)。
U-Boot的移植
U-Boot的移植主要分為兩個層面,一個是對CPU的移植,一個是針對Board的移植。U-Boot中已經(jīng)有大量可直接下載到某些開發(fā)板上的程序,為了減小工作量,可選一個最接近自己設(shè)計(jì)的開發(fā)板來進(jìn)行修改。本設(shè)計(jì)中采用了stamp目標(biāo)板。
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具體如下:
(1)拷貝board下面的文件夾stamp,重命名為mybf531,作為即將要修改配置的目標(biāo)板。 拷貝cpu下面的文件夾bf533,重命名為bf531,作為將要修改的cpu bf531。再將board和bf531文件夾中所有關(guān)于stamp板的文件名及包含頭文件等改為mybf531;將所有關(guān)于bf533的文件名及包含頭文件等改為bf531。注意文件間的依賴關(guān)系,確定是該添加文件還是修改文件,并記錄文件改動。
(2)Makefile文件在u-boot根目錄下的makefile文件中添加bf531和mybf531的編譯規(guī)則,如下:
ifeq ($(CPU),bf531)
OBJS += cpu/$(CPU)/start1.o
OBJS += cpu/$(CPU)/interrupt.o
OBJS += cpu/$(CPU)/cache.o
OBJS += cpu/$(CPU)/cplbhdlr.o
OBJS += cpu/$(CPU)/cplbmgr.o
OBJS += cpu/$(CPU)/flush.o
OBJS += cpu/$(CPU)/init_sdram.o
endif
mybf531_config : unconfig
@./mkconfig $(@:_config=) blackfin bf531 mybf531
(3)include/configs/mybf531.h板子的功能配置信息大都在include/configs/mybf531.h中,故拷貝stamp.h并修改其中的啟動信息和配置信息。重點(diǎn)修改部分如下:
時鐘信息:
#define CONFIG_CLKIN_HZ
11059200
#define CONFIG_VCO_MULT
36
#define CONFIG_SCLK_DIV
5
FLASH信息:
#define CFG_MAX
FLASH_SECT 67
#define CFG_ENV_ADDR
0x20004000
#define CFG_ENV_SIZE
0x2000
#define CFG_ENV_SECT_SIZE
0x2000
#define CFG_FLASH_ERASE_
TOUT 30000
#define CFG_FLASH_ERASE_
TOUT 30000
SDRAM信息:
#define CONFIG_MEM_SIZE
128
#define CONFIG_MEM_ADD_
WDTH 11
#define CONFIG_MEM_
MT48LC64M4A2FB_7E 1
其它配置信息
#define AMBCTL0VAL
0xBBC3BBC3
#define AMBCTL1VAL
0x99B39983
#define VDSP_ENTRY_ADDR
0xFFA00000
并將板子上不需要的功能的宏定義作相應(yīng)設(shè)置。
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(4)Board的移植檢查board/mybf531/ 中所有文件,首先將board和cpu的相關(guān)stamp.h、stamp.c改為bf531.h和mybf531.c,并檢查其文件的設(shè)置、包含的頭文件和宏定義是否正確。在board/mybf531/config.mk中,找到
TEXT_BASE = 0x03FC0000
PLATFORM_CPPFLAGS += -I$(TOPDIR)
修改其中的TEXT_BASE值為SDRAM的最大地址與CFG_MONITOR_LEN之差。
(5)CPU的移植檢查cpu/bf531/ 中所有文件,首先將board和cpu的相關(guān)stamp.h、stamp.c改為bf531.h和mybf531.c,并檢查其文件的設(shè)置、包含的頭文件和宏定義是否正確。cpu/bf531/cpu.c文件的修改主要在于配置SDRAM頁的大小屬性,設(shè)置ICPLB、DCPLB、cache的狀態(tài)設(shè)置, icplb_table和dcplb_table和其相應(yīng)屬性的修改。
(6)其它在以下文件夾中找到下面函數(shù),檢查并根據(jù)具體要求修改
init_IRQ() cpu/bf531/ints.c
flash_init() drivers/cfi_flash.c
env_init() common/env_flash.c
init_baudRate() lib_blackfin/board.c
serial_init() cpu/bf531/serial.c
console_init_f(); common/console.c
display_banner(); lib_blackfin/board.c
checkboard(); board/stamp/stamp.c
timer_init(); cpu/bf531/interrupts.c
至此,U-Boot的修改配置基本完成,重新編譯U-Boot代碼,將得到的u-boot.bin通過JTAG口下載到目標(biāo)板,如果能夠通過串口輸出啟動信息,表明移植基本成功。其間仍需多次修改。移植成功后可相應(yīng)對功能進(jìn)行增刪。
mClinux的移植下載
本文選擇了http://blackfin.uclinux.org 中提供的mClinux-dist-R06R2-RC2.tar.bz2作為系統(tǒng)使用mClinux的源代碼。解壓縮之后就可以進(jìn)行內(nèi)核配置和內(nèi)核編譯了,內(nèi)核配置即為內(nèi)核制定適當(dāng)?shù)墓δ?。在解壓縮之后的源碼根目錄下,執(zhí)行 make menuconfig 或 make xconfig 進(jìn)行配置。
其中重要的部分如下:
(1)系統(tǒng)cpu的選擇、系統(tǒng)板卡的選擇及設(shè)置
Kernel executes from RAM
Cyrstal Frequency 1000Hz
SDRAM Memory Size in Mbytes
32 SDRAM Memory
Address Width 9
Baud Rate 57600
Enable DMA Support
(BFIN_DMA_5XX)
EBIU_AMBCTL Global Control
EBIU_AMBCTL Control
(2)系統(tǒng)外設(shè)選擇及驅(qū)動設(shè)置
本系統(tǒng)外掛以太網(wǎng)、USB、LCD及SPI FALSH,使用RS232、PPI接口等,mClinux內(nèi)核源文件已經(jīng)包含支持Blackfin系列處理器的驅(qū)動,故只需對各接口進(jìn)行驅(qū)動選擇,對部分外設(shè)進(jìn)行驅(qū)動編寫即可。主要的設(shè)置如下:
Networking support (NET)
Device Drivers
Detect non-CFI AMD/JEDEC-compatible flash chips (MTD_JEDECPROBE)
ST MW320D compatible flash chip support (MTD_MW320D)
Support for RAM chips in bus mapping (MTD_RAM)
Parallel port support (PARPORT)
SCSI device support
Network device support (NETDEVICES)
Blackfin BF53x Programmable Flags Driver (BF533_PFLAGS)
Blackfin BF5xx PPI Driver (BF5xx_PPI)
Support for frame buffer devices (FB)
FG0506 TFT LCD on uClinux (MYBF531 STAMP) (FB_BF531_FG0506)
Support for Host-side USB (USB)
其中FG0506 TFT LCD on mClinux (MYBF531 STAMP) (FB_BF531_FG0506)為在/uClinux-dist/linux2.6.x/driver/video/下編寫bf531_fg0506.c的液晶顯示驅(qū)動,并改寫該文件夾下的Makefile和Kconfig文件,將該選項(xiàng)編入?Clinux源程序的配置選項(xiàng)中。
(3)操作系統(tǒng)內(nèi)核的剪裁
Analog Devices Blackfin Embedded Linux Application Configuration菜單下為關(guān)于Linux系統(tǒng)應(yīng)用程序的配置信息,可以添加或刪除適合本系統(tǒng)的軟件設(shè)置,應(yīng)用程序等。例如,如果要在系統(tǒng)上使用圖形界面,就需要在此部分中選擇Microwindows下的microwin和nano-X的相應(yīng)選項(xiàng),或是將Qt/Embedded編入mClinux源文件,再編入系統(tǒng)內(nèi)核中。除了適合系統(tǒng)的特殊需要,一般此項(xiàng)中的內(nèi)容不需修改。
全部選擇完成之后,使用make進(jìn)行內(nèi)核編譯,在images文件夾下會生成內(nèi)核文件:linux.ext2、uImage.ext2、vmlinux、rootfs.ext2、rootfs.jffs2等,分別對應(yīng)不同的文件系統(tǒng)、不同功能大小的系統(tǒng)。
使用串口或以太網(wǎng)將內(nèi)核下載到板子上,啟動?Clinux看到歡迎界面和root:/>后,嵌入式操作系統(tǒng)即移植成功。
結(jié)語
經(jīng)調(diào)試、修改,最終生成的內(nèi)核已可以運(yùn)行,并對USB、以太網(wǎng)、LCD有良好的支持,節(jié)約了大量設(shè)備驅(qū)動及通訊協(xié)議的編寫,給多外設(shè)的采集系統(tǒng)提供了良好的驅(qū)動解決方案,節(jié)約了開發(fā)周期和難度。(