ARM的開發步驟

小北北漂

做個最小系統板：如果你從沒有做過ARM的開發，建議你一開始不要貪大求全，把所有的應用都做好，因為ARM的啟動方式和dsp或單片機有所不同，往往會遇到各種問題，所以建議先布一個僅有Flash,SRAM或SDRAM、CPU、JTAG、和復位信號的小系統板，留出擴展接口。使最小系統能夠正常運行，你的任務就完成了一半，好在ARM的外圍接口基本都是標準接口，如果你已有這些硬件的布線經驗，這對你來講是一件很容易的事情。2． 寫啟動代碼，根據硬件地址先寫一個能夠啟動的小代碼，包括以下部分： 初始化端口，屏蔽中斷，把程序拷貝到SRAM中;完成代碼的重映射；配置中斷句柄，連接到C語言入口。也許你看到給你的一些示例程序當中，bootloader會有很多東西，但是不要被這些復雜的程序所困擾，因為你不是做開發板的，你的任務就是做段小程序，讓你的應用程序能夠運行下去。 3． 仔細研究你所用的芯片的資料，盡管ARM在內核上兼容，但每家芯片都有自己的特色，編寫程序時必須考慮這些問題。尤其是女孩子，在這兒千萬別有依賴心理，總想拿別人的示例程序修改，卻越改越亂。 4． 多看一些操作系統程序，在ARM的應用開放源代碼的程序很多，要想提高自己，就要多看別人的程序，linux,uc/os-II等等這些都是很好的原碼。 5.如果你是作硬件，每個廠家基本上都有針對該芯片的DEMO板原理圖。先將原理圖消化。這樣你以后做設計時，對資源的分配心中有數。器件的DATSHEET一定要好好消化。 6.如果做軟件最好對操作系統的機理要有所了解。當然這對軟件工程師來說是小菜一碟。但如果是硬件出身的就有點費勁。 問：做最小系統板是2層還是4層好？ 答：只有AT91可以用兩層板，其他的最少4層；44b0的地和電源處理好也可用兩層板； 談四層板和33歐電阻： 選用四層板不僅是電源和地的問題，高速數字電路對走線的阻抗有要求，二層板不好控制阻抗。33歐電阻一般加在驅動器端，也是起阻抗匹配作用的；布線時要先布數據地址線，和需要保證的高速線； 在高頻的時候，PCB板上的走線都要看成傳輸線。傳輸線有其特征阻抗，學過傳輸線理論的都知道，當傳輸線上某處出現阻抗突變(不匹配)時，信號通過就會發生反射，反射對原信號造成干擾，嚴重時就會影響電路的正常工作。采用四層板時，通常外層走信號線，中間兩層分別為電源和地平面，這樣一方面隔離了兩個信號層，更重要的是外層的走線與它們所靠近的平面形成稱為"微帶"(microstrip) 的傳輸線，它的阻抗比較固定，而且可以計算。對于兩層板就比較難以做到這樣。這種傳輸線阻抗主要于走線的寬度、到參考平面的距離、敷銅的厚度以及介電材料的特性有關，有許多現成的公式和程序可供計算。 33歐電阻通常串連放在驅動的一端(其實不一定33歐，從幾歐到五、六十歐都有，視電路具體情況) ，其作用是與發送器的輸出阻抗串連后與走線的阻抗匹配，使反射回來(假設解收端阻抗沒有匹配) 的信號不會再次反射回去(吸收掉)，這樣接收端的信號就不會受到影響。接收端也可以作匹配，例如采用電阻并聯，但在數字系統比較少用，因為比較麻煩，而且很多時候是一發多收，如地址總線，不如源端匹配易做。 這里梭說的高頻，不一定是時鐘頻率很高的電路，是不是高頻不止看頻率，更重要是看信號的上升下降時間。通常可以用上升(或下降) 時間估計電路的頻率，一般取上升時間倒數的一半，比如如果上升時間是1ns，那么它的倒數是1000MHz，也就是說在設計電路是要按500MHz的頻帶來考慮。有時候要故意減慢邊緣時間，許多高速IC其驅動器的輸出斜率是可調的. 構造嵌入式Linux Linux自身具備一整套工具鏈，容易自行建立嵌入式系統的開發環境和交叉運行環境，并且可以跨越嵌入式系統開發中的仿真工具（ICE）的障礙。內核的完全開放使人們可以自己設計和開發出真正的硬實時系統，軟實時系統在Linux中也容易得到實現。強大的網絡支持使得可以利用Linux的網絡協議棧將其開發成為嵌入式的TCP/IP網絡協議棧。 Linux提供了完成嵌入功能的基本內核和所需要的所有用戶界面，它是多面的。它能處理嵌入式任務和用戶界面。 一個小型的嵌入式Linux系統只需要下面三個基本元素： * 引導工具 * Linux微內核，由內存管理、進程管理和事務處理構成 * 初始化進程 如果要讓它能干點什么且繼續保持小型化，還得加上： * 硬件驅動程序 * 提供所需功能的一個或更多應用程序。 再增加功能，或許需要這些： * 一個文件系統（也許在ROM或RAM）中 * TCP/IP網絡堆棧 下面我們就從精簡內核、系統啟動、驅動程序將、X-Window換成MicroWindows四個步驟介紹嵌入式Linux的實際開發。 精簡內核構造內核的常用命令包括：make config、dep、clean、mrproper、zImage、bzImage、modules、modules_install。命令說明略。 現在舉個例子說明一下： 我使用的是 Mandrake內附的 2.2.15。

我沒有修改任何一行程序碼，完全只靠修改組態檔得到這些數據。 首先，使用 make config 把所有可以拿掉的選項都拿得。 不要 floppy；不要SMP、MTRR；不要 Networking、SCSI；把所有的 block device 移除，只留下 old IDE device；把所有的 character device 移除；把所有的 filesystem 移除，只留下 minix；不要 sound 支援。相信我，我己經把所有的選項都移除了。這樣做之后，我得到了一個 188K 的核心。 還不夠小嗎? OK，再加上一招，請把下列兩個檔案中的 -O3,-O2 用 -Os 取代。 ./Makefile ./arch/i386/kernel/ Makefile 這樣一來，整個核心變小了 9K，成為 179K。 不過這個核心恐怕很難發揮 Linux 的功能，因此我決定把網絡加回去。把General中的 network support 加回去，重新編 譯，核心變成 189 K。10K就加上個 TCP/IP stack，似乎是很上算的生意。 有stack沒有driver也是枉然，所以我把 embedded board常用的RTL8139的driver加回去，195K。 如果你需要 DOS 檔案系統，那大小成為 213K。如果 minix 用 ext2 換代，則大小成長至 222K。 Linux所需的內存大約在600K～800K之間。1MB內存就可能可以開機了，但不太有用，因為連載入C程序庫都有困難。2MB內存應該就可以 做點事了，但要到 4MB以上才可以執行一個比較完整的系統。 因為Linux 的filesystem 相當大，大約在 230K 左右，占了 1/3 的體積。內存管理占了80K，和核心其它部分的總和差不 多。TCP/IP stack 占了65K，驅動程序占了120K。SysV IPC占了 21K，必要的話可以拿掉，核心檔應該可以再小個10K左 右。 如果要裁剪核心大小，應該動那里呢? 答案很明顯，當然是文件系統。Linux 的 VFS簡化了檔案系統的設計，buffer cache, directory cache增加了系統的效率。但這些embedded系統根本就用處不大。如果可以把它們拿掉，核心可以馬上縮小 20K 左右。 如果跳過整個 VFS，直接將文件系統寫成一個 driver 的型式，應該可以將 230K縮減至50K左右。整個核心縮到100K左右。 系統啟動 系統的啟動順序及相關文件仍在核心源碼目錄下，看以下幾個文件： ./arch/$ARCH/boot/ bootsect.s ./arch/$ARCH/boot/setup.s ./init/main.c bootsect.S 及 setup.S 這個程序是Linux kernel的第一個程序，包括了Linux自己的bootstrap程序，但是在說明這個程序前，必須先說明一般IBM PC開機時的動作(此處的開機是指"打開PC的電源")。 一般PC在電源一開時，是由內存中地址FFFF:0000開始執行(這個地址一定在ROM BIOS中，ROM BIOS一般是在FEOOOh到 FFFFFh中)，而此處的內容則是一個jump指令，jump到另一個位于ROM BIOS中的位置，開始執行一系列的動作。 緊接著系統測試碼之后，控制權會轉移給ROM中的啟動程序(ROM bootstrap routine)。這個程序會將磁盤上的第零軌第零扇區讀 入內存中，至于讀到內存的哪里呢? --絕對位置07C0:0000(即07C00h處)，這是IBM系列PC的特性。而位于Linux開機磁盤的 boot sector上的，正是Linux的bootsect程序。 把大家所熟知的MS DOS 與Linux的開機部分做個粗淺的比較。MS DOS 由位于磁盤上boot sector的boot程序負責把 IO.SYS載入內存中，而IO.SYS則負有把DOS的kernel --MSDOS.SYS載入內存的重任。而Linux則是由位于boot sector 的bootsect程序負責把setup及Linux的kernel載入內存中，再將控制權交給setup。 驅動程序 在Linux系統里，設備驅動程序所提供的這組入口點由一個結構來向系統進行說明。 設備驅動程序所提供的入口點，在設備驅動程序初始化的時候向系統進行登記，以便系統在適當的時候調用。Linux系統里，通過調用 register_chrdev 向系統注冊字符型設備驅動程序。 在Linux里，除了直接修改系統核心的源代碼，把設備驅動程序加進核心里以外，還可以把設備驅動程序作為可加載的模塊，由系統管理員動態地加載它，使之成為核心的一部分。也可以由系統管理員把已加載的模塊動態地卸載下來。Linux中，模塊可以用C語言編寫，用gcc編譯成目標文件（不進行鏈接，作為*.o文件存在）。為此需要在gcc命令行里加上-c的參數。在成功地向系統注冊了設備驅動程序后（調用register_chrdev成功后），就可以用mknod命令來把設備映射為一個特別文件。其它程序使用這個設備的時候，只要對此特別文件進行操作就行了。 將X-Window換成MicroWindows MicroWindows是使用分層結構的設計方法。允許改變不同的層來適應實際的應用。在最底一層，提供了屏幕、鼠標/觸摸屏和鍵盤的驅動，使程序能訪問實際的硬件設備和其它用戶定制設備。在中間一層，有一個輕巧的圖形引擎，提供了繪制線條、區域填充、繪制多邊形、裁剪和使用顏色模式的方法。在最上一層，提供了不同的API給圖形應用程序使用。這些API可以提供或不提供桌面和窗口外形。目前，MicroWindows支持Windows Win32/WinCE GDI和Nano-X API。這些API提供了Win32和X窗口系統的緊密兼容性，使得別的應用程序可以很容易就能移植到 MicroWindows上。

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