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嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可以裁剪來適應系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗要求嚴格的專用計算機體系。隨著各種微處理器功能的完善以及軟件上操作系統的支持，使得嵌入式系統有了完整的體系架構。 在專用的嵌入式板上運行操作系統需要利用Bootloader來引導加載內核和系統程序。Bootloader主要實現初始化硬件設備、建立內存空間的映射圖，從而把嵌入式硬件和嵌入式操作系統很好地銜接起來。 U-Boot是當前比較流行、功能強大、比較有代表性的Bootloader，支持的處理器包括PowerARM(ARM7，ARM9，Srongarm，Xscale)、MIPS、X86、Motorola等系列。 與目前常見的嵌入式操作系統如Vxworks，QNx，Windows CE，Palm Os等相比，嵌入式Linux操作系統以價格低廉、功能強大而且易于移植被廣泛地使用到各種嵌入式設備當中。文中主要介紹了基于at91 rm9200的ARM硬件開發平臺，以及U-Boot和Linux-2．6．20內核在此平臺上的移植。 AT91RM9200處理器，是由Atmel公司開發的基于ARM920T內核的微處理器，帶有MMU，CPU時鐘最高可達240 MHz，有著豐富的標準接口、EBI接口，內部集成了靜態存儲控制器、SDRAM控制器、Burst Flash控制器等。SDRAM采用兩片hy57v651620b芯片，組成32 bit通道，大小一共16 MB，Flash采用Intel Js28f128芯片，容量為16 MB。網絡芯片采用dm9161a。系統硬件平臺的原理，如圖1所示。 1 U-Boot移植 對于AT91RM9200，系統上電時，通過檢測BMS來選擇系統的啟動方式，如果BMS為高電平，則系統從片內ROM啟動，如果BMS為低電平，則從片外的Flash啟動。在沒有移植U-Boot到Flash之前，只能選擇片內ROM啟動。片內啟動時，AT91RM9200的ROM上電之后被映射到了0x0和0x100000處，在這兩個地址處都可以訪問ROM。AT91RM9200的ROM固化了一個Bootloarder程序，這個Bootloader主要完成一些相應的初始化工作，并且運行Xmodem協議等待接收Loader．bin映像。Loader.bin代碼可以到Atmel官方網站下載，Loader.bin主要完成的任務是通過Xmodem協議將U-Boot．bin下載到內存中直接運行。U-Boot．bin在內存中跑起來之后就可以利用U-Boot的功能把Boot．bin和U-Boot．bin寫到Flash中，從而實現片外Flash啟動。其中Boot．bin主要實現的任務是把Flash中的U-Boot拷貝到內存中執行。 U-Boot的源代碼可以到官方網站下載。文中所用的版本是U-Boot-1．1．1，對AT91RM9200的芯片完全支持，由于具體硬件的不同，需要做一定的修改。支持AT91RM9200代碼在BOARD／AT91RM9200 目錄下面，主要有AT91RM9200DK．c，Flash．c，U-Boot．lds，Con-fig．mk幾個文件。主要做的修改如下： (1)修改Config．mk中的Tex_base為0x20f00000，和前面的boot地址保持一致； (2)修改Flash．c文件，使其支持Intel JS28F128芯片。由于官方使用支持的是AMD Flash，需要在代碼里添加對本系統芯片的支持。在U-Boot的代碼中Strong ARM架構里的xm250，它的代碼是支持Intel Flash的，可以參考相應代碼實現移植； (3)修改頭文件 include／Configs／AT91RM9200dk．H，主要修改的是針對SDRAM以及Flash的參數配置：將phys_sdram設置成0x20000000，這個是SDRAM的起始地址，phys_flash_sdram_size設置為0x1000000，SDRAM容量為16 MB。對于Flash，需要修改的是：Flash起始地址設置為0x10000000(Flash掛在bank0上)，phys_flash_size設置為0x1000000。扇區的總數cfg_max_flash_sect相應設置為128。 最后在Linux里安裝交叉編譯器，筆者用的交叉編譯器的版本是2．95．3，編譯代碼，生成U-Boot．bin文件。U-Boot啟動后顯示，如圖2所示。 2 Linux2．6．20內核移植 2．1 Linux內核版本選擇 Linux內核版本更新速度非常塊，現在最新的版本已發展到了2．6．26．3。與2．4內核相比，2．6內核穩定性更好、對于總線、文件系統、塊設備支持、多媒體、網絡安全性等方面都有了更好的支持，因此筆者選擇移植功能和可靠性都比較歐成熟的Linux2．6．20版本到本系統中。Linux內核的源代碼可在www．kernel．org網站上下載，Atmel官方網站上可以獲取針對AT91RM9200的補丁2．6．20-AT91．patch．gz和Linux-2．6．20-exp．diff．Bz2。對Linux2．6．20源代碼打上支持AT91RM9200處理器的補丁之后，內核就可以支持AT91RM9200處理器了。 2．2 交叉編譯環境的建立 采用的交叉編譯工具為ARM-Linux-Gcc3．4．1，這是目前比較通用支持編譯2．6內核的交叉編譯器，完全支持編譯2．6內核，在開發平臺上將交叉編譯器安裝好，并配置好環境變量Path=$Path：／Usr／Local／Arm／3．4．1／Bin。 2．3 解決Machine Id問題 在U-Boot的代碼中，支持的AT91RM9200的Machine類型為25 1、262兩種，這兩種在Include／asm-arm／mach-types．h定義為mach_type_AT91RM9200和mach_type_AT91RM9200dk，在U-Boot中board／AT9 1 RM9200dk／AT91 RM9200dk．c中采用的是第一種，而在Linux2．6．20內核代碼中arh／Arm／Math-AT91RM9200使用的類型卻為AT91RM9200DK，也就是第2種。因此在啟動的時候會出現Machine不匹配的問題，解決問題的辦法就是更改U-Boot或者Linux內核的代碼，使其Machine類型相匹配。 2．4 Nor Flash的地址安排 筆者采用的Flash為16 MB NOR Flash，為了實現層次文件系統，需要增加NOR Flash MTD驅動支持，具體地址安排，如圖3所示。 在Dirvers／MTD／Maps／里增加AT91 RM9200．c文件，作為自己的分區代碼，并且編譯進內核。 2．5 編譯內核 首先要修改內核內核目錄下MAKEFILE文件，編譯器修改為安裝好的交叉編譯器，即Arch?=ARM和Cross_Compile?=ARM-Linux-，然后運行命令make AT91RM9200DK_Defconfig，配置好內核。如果需要修改一些具體的配置，可以運行makeMenuconfig命令進入如下菜單進行配置。配置好內核之后運行make Image命令，編譯生成內核鏡像Vmlinux，最后用Mkimage工具生成Uimage。 2．6 制作Ramdisk文件系統 Linux采用文件系統組織系統中的文件和設備，為設備和用戶程序提供統一接口，因此Linux啟動還需要有根文件系統。根文件系統的作用是存放各種工具、應用程序以及必須的庫文件等。Ramdisk是通過計算機的內存用作設備來創建和掛在文件系統的一種驅動機制，它通常用于無盤系統。根文件系統通常包括一下目錄內容：／Dev(設備目錄)；／Proe(Proe文件系統目錄)；／Etc(系統配置文件)；／Sbin(系統程序的目錄)；／Bin(系統應用程序，通常由busybox來實現)；／Lib(共享庫文件)；／Mnt(裝在其它磁盤節點的目錄)；／Usr(附加應用程序的目錄)。 3 結束語 ARM9作為新一代處理器有著更高的性價比、更低的功耗、執行速度更快、性能更高、應用范圍更加廣泛的特點；Linux以其優越的性能、源代碼的開放、容易移植等特點被應用于越來越多的領域當中。基于AT91RM9200微控制器的硬件嵌入式開發平臺，可以根據具體需要，應用于嵌入式教學實驗以及嵌入式產品開發等多種場合中，具有廣闊的發展前景。 |
