SmartARM2200開發(fā)板的RedBoot的移植

引 言
    eCos(embedded Configurable operating system)最初是由Cygnus Solutions公司為面向嵌入式領(lǐng)域而開發(fā)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，源碼公開，具有很強(qiáng)的可移植性和可配置性，適合于嵌入式開發(fā)。現(xiàn)在eCos主要由 eCosCentric公司和eCos開源社區(qū)共同開發(fā)維護(hù)。eCos的特性，特別是它的可配置性，能有效縮短嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)周期并降低成本。
    RedBoot(Red Hat Embedded Debug and Bootstrap)是一個(gè)由Red Hat公司開發(fā)的可以在嵌入式系統(tǒng)上獨(dú)立運(yùn)行的引導(dǎo)程序。它是目前嵌入式領(lǐng)域功能最強(qiáng)大、可移植性最好的BootLoader之一，采用eCos環(huán)境開發(fā)，并以eCos的硬件抽象層作為基礎(chǔ)，但完全可以脫離eCos環(huán)境運(yùn)行，可以用來引導(dǎo)任何嵌入式操作系統(tǒng)，如Linux、WinCE等。
    SmartARM2200開發(fā)板使用NXP公司的LPC2210微處理器。LPC2210基于ARM7TDMI-S內(nèi)核，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率達(dá)60 MHz，總線對(duì)外開放，寬度可配置為8／16／32位。同時(shí)開發(fā)板還擴(kuò)展了RTL8019AS(10 Mb／s)以太網(wǎng)控制器。本文將介紹SmartARM2200的移植方法，給其他以ARM為內(nèi)核的eCos底層移植開發(fā)提供參考。

1 硬件抽象層HAL介紹
    硬件抽象層HAL對(duì)處理器結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)硬件平臺(tái)進(jìn)行抽象，當(dāng)要在一個(gè)新的目標(biāo)平臺(tái)上運(yùn)行RedBoot或eCos時(shí)，只需對(duì)硬件抽象層進(jìn)行相應(yīng)修改，便可迅速地將RedBoot及整個(gè)eCos系統(tǒng)移植到新的平臺(tái)上。硬件抽象層主要包括三大模塊——體系結(jié)構(gòu)抽象層(Architecture HAL)、變體抽象層(VarJant HAL)和平臺(tái)抽象層(Plat-form HAL)。體系結(jié)構(gòu)抽象層主要是指eCos所支持的具有不同體系結(jié)構(gòu)的處理器系列，如ARM系列、PowerPC系列、MIPS系列等等。變體抽象層指的是處理器系列中某款處理器在Cache、MMU和FPU等方面具有的特殊性。平臺(tái)抽象層則是對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)硬件平臺(tái)的抽象，包括了平臺(tái)的啟動(dòng)、芯片選擇與配置、定時(shí)設(shè)備、I／O寄存器訪問以及中斷寄存器等等。平臺(tái)抽象層代碼的編寫是Red-Boot及eCos移植工作的重點(diǎn)。

2 HAL移植的主要步驟
    建立適當(dāng)?shù)奈募夸浕驈膃Cos的硬件配置包中選擇1個(gè)與準(zhǔn)備移植的目標(biāo)平臺(tái)(本文中即SmartARM2200)類似的硬件平臺(tái)的HAL實(shí)現(xiàn)，然后根據(jù)自己目標(biāo)系統(tǒng)的硬件特征，進(jìn)行相應(yīng)的修改。選擇的硬件平臺(tái)與目標(biāo)系統(tǒng)硬件的相似程度決定了移植工作量的大小，相似程度越高，所需的修改也就越小。
    本例拷貝了olpce2294的模板(可以在NXP網(wǎng)站獲得相關(guān)的補(bǔ)丁，是eCos-1．0下的)，以此為基礎(chǔ)修改，主要區(qū)別如表1所列。

    移植工作的重點(diǎn)也就放在表中所列的這幾部分。[!--empirenews.page--]
    eCos本身有一個(gè)完整的文件目錄，只有把新建的底層文件放在適當(dāng)?shù)奈募夸浵旅?，才能確保配置和編譯工作的成功，也有助于利用eCos本身已有的源代碼，如結(jié)構(gòu)體系層和變體層中的許多成熟可用的代碼。由于本系統(tǒng)中SmartARM2200處理器的內(nèi)核是ARM7，因而可以把SmartARM2200的目錄建立在eCos庫路徑paekages／hal／arm／lpc2 XXX／下。
    (1)修改SmartARM2200的cdl文件
    根據(jù)SmartARM2200開發(fā)板的硬件特征對(duì)復(fù)制的HAL實(shí)現(xiàn)文件作相應(yīng)修改，涉及的修改主要是對(duì)各配置包內(nèi)文件名的修改和對(duì)配置包內(nèi)．cdl文件修改。cdl文件是用組件描述語言(Component Description Language，CDL)編寫的腳本文件，eCos的每一個(gè)配置包中，都至少存在一個(gè)CDL腳本文件來對(duì)該配置包進(jìn)行描述，配置工具也是通過該文件與配置包聯(lián)系起來。因此，對(duì)cdl文件的修改也主要是對(duì)配置包的名稱和文件名進(jìn)行修改，使之與目標(biāo)系統(tǒng)硬件相聯(lián)系。
    以下是SmartARM2200的cdl文件中關(guān)鍵的修改：

  
    (2)在eCos數(shù)據(jù)庫中添加SmartARM2200目標(biāo)平臺(tái)
    需要在／opt／ecos／ecos_2．0／packages目錄的數(shù)據(jù)庫文件ecos．db中添加SmartARM2200目標(biāo)平臺(tái)，Smart- ARM2200平臺(tái)才能被添加到配置工具中，并進(jìn)行配置和編譯處理。數(shù)據(jù)庫文件ecos．db也是使用CDL語言編寫的，在ecos．db中需要添加兩部分內(nèi)容，可以根據(jù)相似硬件平臺(tái)在ecos．db的內(nèi)容進(jìn)行修改。
    在ecos．db添加基于SmartARM2200硬件平臺(tái)的示例代碼見本刊網(wǎng)站。[!--empirenews.page--]
    (3)修改平臺(tái)抽象層的有關(guān)代碼
    硬件平臺(tái)層所需編寫的代碼文件的一般功能如下：include／plf_io．h，I／O定義和系統(tǒng)寄存器的宏定義。include／hal_platform_setup．h，平臺(tái)啟動(dòng)代碼。本文件主要用ARM匯編指令編寫，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)上電后程序的啟動(dòng)和執(zhí)行。
    src／smartarm2200_misc．C，HAL的底層擴(kuò)展函數(shù)，包括LCD的相關(guān)函數(shù)及控制臺(tái)初始化函數(shù)。
    var／v2_0／include／包括hal_cache．h、hal_diag．h、hal_var_ints．h、lpc2xxx_misc．h、 plf_stub．h、var_arch．h、var_io．h等頭文件，定義了標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)接口及通用I／O和寄存器。
    var／v2_0／src／lpc2xxx_misc．C，HAL的底層標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，包括時(shí)鐘平臺(tái)初始化、時(shí)鐘延時(shí)函數(shù)、中斷使能、中斷屏蔽、中斷響應(yīng)等。
    var／v2_O／src／hal_diag．c，硬件抽象層診斷輸出函數(shù)，包含eCos系統(tǒng)中printf打印的硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。
    misc／redboot_RAM．ecru，基于RAM啟動(dòng)方式的RedBoot最小配置文件。
    misc／redboot_ROM．ecm，基于ROM啟動(dòng)方式的RedBoot最小配置文件。

3 硬件啟動(dòng)過程
    編寫硬件啟動(dòng)的初始化過程是HAL移植的一個(gè)難點(diǎn)。當(dāng)硬件重新上電后，系統(tǒng)的程序指針會(huì)自動(dòng)指向地址0(通常地址0存放著bootloader代碼段，本例中從外部Flash 0x80000000地址引導(dǎo))。在eCos操作系統(tǒng)中，程序首先會(huì)運(yùn)行vectors．S文件(該文件存在于hal／arm／arch／src／目錄下)，它定義了reset_vector、start等各種啟動(dòng)標(biāo)號(hào)。接著調(diào)用SmartARM2200平臺(tái)層的hal_platform_setup． h文件中的宏platform_setupl。
    haLplatform_setup．h定義了宏platform_setupl以供vectors．S調(diào)用。該宏定義了目標(biāo)板上SRAM和Flash的初始化啟動(dòng)，其中包括了它們的總線寬度、讀寫速度、內(nèi)存大小。然后根據(jù)不同的啟動(dòng)方式執(zhí)行程序。對(duì)于RAM啟動(dòng)方式，無需進(jìn)行程序段與數(shù)據(jù)段的搬移，系統(tǒng)已認(rèn)為SRAM的起始地址即為程序的起始地址；對(duì)于ROM啟動(dòng)方式，需要拷貝數(shù)據(jù)段，而程序段無需拷貝。
    在程序拷貝完成后，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行其他硬件的初始化過程，包括系統(tǒng)時(shí)鐘、監(jiān)控串口等基本硬件設(shè)備。

4 內(nèi)存布局文件編寫
    平臺(tái)的內(nèi)存布局文件在include／pkgconf目錄下。通常，每個(gè)平臺(tái)包括了RAM、ROM兩種不同啟動(dòng)方式的內(nèi)存布局文件集。每種啟動(dòng)方式的內(nèi)存布局文件集都由3個(gè)類型的描述文件組成：．h文件包含內(nèi)存域的C宏定義；．ldi文件定義內(nèi)存域和內(nèi)存段位置的鏈接腳本文件；．mlt文件包括由MLT工具產(chǎn)生的對(duì)內(nèi)存布局的描述。當(dāng)需要手動(dòng)修改內(nèi)存布局時(shí)，只有．h和．ldi文件可以被修改，．mlt文件只能由MLT工具生成。
    下面以SmartARM2200的RAM啟動(dòng)方式內(nèi)存布局為例，說明mlt_arm_lpc2xxx_smartarm2200_ram．h和mlt_arm_lpc2xxx_smartarm2200_ram．ldi的程序結(jié)構(gòu)。
    由于SmartARM2200的開發(fā)板有1個(gè)16 KB的內(nèi)部RAM和1個(gè)16 MB的外部SRAM，因而要定義兩個(gè)內(nèi)存域ram0和ram。系統(tǒng)設(shè)置寄存器在初始化時(shí)已經(jīng)把內(nèi)存段重新映射，因而兩個(gè)SRAM的基地址就是 0x40000000和0x81000000，分配方式都是可讀寫的內(nèi)存段。
    在mlt_arm_lpc2xxx_smartarm2200_ram．ldi中分為兩大部分。首先是MEMORY部分，它定義了在RAM啟動(dòng)方式下所需要的內(nèi)存域，以及該內(nèi)存域的起始地址和長(zhǎng)度。MEMORY部分的內(nèi)容必須與mlt_arm_lpc2xxx_smartarm2200_ram．h中定義的宏相一致。其次，是SECTIONS部分，它定義了RAM啟動(dòng)方式下所規(guī)定的內(nèi)存段，這些內(nèi)存段的定義與系統(tǒng)內(nèi)存管理功能有關(guān)。在 SECTION_XXX后帶有相應(yīng)的參數(shù)，這些參數(shù)包括了內(nèi)存段所屬的內(nèi)存域、起始地址(或者是對(duì)齊方式)、虛擬內(nèi)存地址(VMA)和加載內(nèi)存地址 (LMA)。[!--empirenews.page--]
    以SECTION_fixed_vectors(ram，0x81000000，LMA_EQ_VMA)為例，它表示fixed_vectors段屬于 ram內(nèi)存域，起始地址為0x81000000，加載內(nèi)存地址等于虛擬內(nèi)存地址。LMA_EQ_VMA同時(shí)也可以解釋為該內(nèi)存段不需要在程序運(yùn)行后重新分配加載。

5 驅(qū)動(dòng)程序的移植
    SST39VF1601的驅(qū)動(dòng)是在SST39VF400的拷貝的基礎(chǔ)上修改的，主要改動(dòng)部分如下：

  
    RTL8019AS的驅(qū)動(dòng)是在NS的DP89302A(都兼容NE2000)的拷貝基礎(chǔ)上修改的，應(yīng)該重點(diǎn)注意的是寄存器地址應(yīng)該乘以2(因?yàn)榈刂肪€是從 A1開始的)，由于該地址總線上還有LCD模塊，為了兩者能同時(shí)工作，總線寬度設(shè)置為16位，RTL8019AS的寄存器是8位的，寫入和讀取函數(shù)定義為 8位的，數(shù)據(jù)的讀寫視工作在8位DMA或16位DMA而定。

6 調(diào)試結(jié)果
    SmartARM2200開發(fā)板上帶有1塊2 MB的Flash和1塊16 MB的SRAM。
    利用eCos的自帶編譯工具configtool對(duì)新建的SmartARM2200目標(biāo)板進(jìn)行編譯，生成RedBoot的目標(biāo)文件。然后通過AXD下載到目標(biāo)板的SRAM中運(yùn)行。此時(shí)的RedBoot應(yīng)為RAM啟動(dòng)方式。剛開始調(diào)試的難度有點(diǎn)大，因?yàn)锳XD不支持elf文件的下載，有些目標(biāo)文件可以通過 objdump反匯編對(duì)照調(diào)試。
    通過對(duì)RedBoot的常用命令的測(cè)試結(jié)果可以看出，本文提供的SmartARM2200的移植方案是成功的，ping命令正常，tftp下載正常。

結(jié) 語
    RedBoot和U-boot都是優(yōu)秀的bootloader程序，但RedBoot比U-boot的可移植性好。通過對(duì)RedBoot的移植可以熟悉 eCos系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境、configtool圖形化配置工具、硬件抽象層HAL及驅(qū)動(dòng)的移植，為進(jìn)一步eCos系統(tǒng)開發(fā)打下基礎(chǔ)。