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作者： 西南交通大學 孫延均 茍先太 龍剛 來源:電子設計應用2009年第11期 引言 在嵌入式系統應用越來越復雜和多樣化的今天，嵌入式軟件系統也變得越來越復雜，并且在復雜的應用系統中通常都需要嵌入式操作系統的支持，這樣嵌入式操作系統鏡像文件的尺寸往往就會變得比較大。可以選擇通過網絡將嵌入式操作系統加載到SDRAM中運行來解決這一問題。另外，通過網絡進行操作時，只要將需要升級的軟件系統在主機端更新，然后嵌入式系統就可以通過網絡來加載更新后的軟件系統了。 硬件電路設計 本方案所選用的基本芯片包括Blackfin處理器ADSP-BF533、以太網控制器DM9000AE等，功能框圖如圖1所示。 
圖1 系統功能框圖 DM9000AE驅動 本文中所述系統的網絡模塊基于DM9000AE，可以與多種不同的處理器方便地進行連接。 DM9000AE 的數據讀寫通過兩個對外可直接訪問的寄存器來進行，其中INDEX port寄存器的地址=主控芯片片選基地址+0x0，DATA port寄存器的地址=主控芯片片選基地址+0x4。本系統將BF533的異步片選信號/ASM2連接至DM9000AE的片選引腳，因此本系統中 INDEX port=0x20000000，DATA port=0x20000004。 數據傳輸 數據傳輸經過以下幾個步驟： 1. 檢查主控芯片與DM9000AE之間使用的數據總線寬度。 (u8)io_mode= DM9000_ior (0xFE)>>7; /*寄存器ISR第7位IOMODE表示I/O數據寬度*/ 2. 將數據幀寫入到DM9000AE的傳輸FIFO SRAM中。 /*DM9000_IO=0x20000000, DM9000_DATA=0x20000004*/ DM9000_outb(0xF8, DM9000_IO); /*在設置了寄存器MWCMD后，就可以將要傳輸的數據寫入SRAM中，并且寫指針設置為自動增加*/ if(io_mode==1) /*8位模式*/ for (i = 0; i < TX_length; i++) /* TX_length表示待傳輸的數據幀長度*/ DM9000_outb(TX_data, DM9000_DATA); /*待傳輸的數據幀保存在數組TX_data 中*/ else if(io_mode==0) /*16位模式*/ {Length_tmp= (TX_length+1)/2; for (i = 0; i < Length_tmp; i++) DM9000_outw((u16 *) TX_data, DM9000_DATA);} 3. 在寄存器TXPLH(0xFD)和TXPLL(0xFC)中設置傳輸的數據幀的長度。 DM9000_iow(0xFC, TX_length & 0xff); /*將數據長度的低字節寫入寄存器TXPLL */ DM9000_iow(0xFD, (TX_length >> 8) & 0xff); /*將數據長度的高字節寫入寄存器TXPLH */ 4. 開始傳輸數據幀。 DM9000_iow(0x02, 1); /*將寄存器TCR的位0置1，向DM9000AE發出一個傳輸請求*/ 5. 檢查傳輸是否完成。 while (DM9000_ior(0x02) & 0x01) { /*檢查寄存器TCR的位0是否為0，如果為0就表示傳輸完成*/ if (get_timer(0) >=timeout) { /*檢查傳輸是否超時*/ printf("transmission timeout\n"); break; } } 數據接收 類似地，數據接收也要經過如下幾個步驟： 1. 檢查DM9000AE的接收FIFO SRAM中是否接收到數據。 DM9000_ior(0xF0); RX_ready= DM9000_inb (DM9000_DATA); /*讀取數據到達標志 */ if (RX_ready == 0) return 0; /*如果沒有數據到達，就返回調用此函數的原函數*/ if (RX_ready > 1) reset(); /*當RX_ready 大于1時就說明DM9000AE處于異常狀態，需要復位*/ 當RX_ready等于1時說明有數據到達，進入第二步 2. 被接收數據幀的狀態和長度檢查。 (u8)io_mode= DM9000_ior (0xFE)>>7; DM9000_outb(0xF2, DM9000_IO); if(io_mode==1){ RX_status = DM9000_inb (DM9000_DATA)+( DM9000_inb (DM9000_DATA)<<8); RX_length = DM9000_inb (DM9000_DATA)+( DM9000_inb (DM9000_DATA)<<8);} else if(io_mode==0){ RX_status = DM9000_inw (DM9000_DATA); RX_length = DM9000_inw(DM9000_DATA);} 3. 接收數據幀。 if(io_mode==1) for (i = 0; i < RX_length; i++) RX_data=DM9000_inb(DM9000_DATA); else if(io_mode==0) {Length_tmp= (RX_length +1)/2; for (i = 0; i < Length_tmp; i++) (u16 *) RX_data=DM9000_inw(DM9000_DATA);} 4. 對接收的數據幀進行錯誤檢驗。 if((RX_status & 0xbf00) || (RX_length < 0x40)|| (RX_length > 1536)) { if (RX_status & 0x100) { printf("rx fifo error\n");} /*FIFO溢出錯誤*/ if (RX_status & 0x200) { printf("rx crc error\n");} /*CRC校驗和錯誤*/ if (RX_status & 0x8000) { printf("rx length error\n");} /*接收的幀小于64字節*/ if (RX_length > 1536) { printf("rx length too big\n"); /*接收的幀大于1536字節*/ dm9000_reset();} } 網絡啟動的實現 本系統是在基于BF533+ DM9000AE的嵌入式硬件平臺上，通過U-Boot在自啟動時使用TFTP從網絡加載μclinux。 U-Boot源代碼移植 DM9000AE 的驅動位于U-Boot的driver目錄下，如果要使用此驅動，可以在include/configs目錄下相應系統的頭文件中加入宏定義語句。自定義系統可以根據基于相同體系結構的參考系統頭文件來創建自己的頭文件，比如，本系統以ezkit533系統為模板創建頭文件 mybf533.h，并且加入以下宏定義語句： #define CONFIG_DRIVER_DM9000 1 /*使用DM9000AE驅動*/ #define CONFIG_DM9000_DEBUG 1 /*使用debug模式*/ #define CONFIG_DM9000_BASE 0x20000000 /*基地址*/ #define DM9000_IO 0x20000000 /*IO地址*/ #define DM9000_DATA x20000004 /*數據地址*/ 為了簡化U-Boot系統的設置，還可以把網絡參數通過宏進行定義。 TFTP相關設置 為了實現嵌入式系統在上電后自動通過TFTP從主機下載并運行μClinux操作系統，需要設置U-Boot的自啟動命令。下面的命令是設置環境變量 tftp_boot，它包含的操作是通過tftp命令將文件名為uImage的文件從主機下載至目標系統的0x1000000地址處。下載完畢之后，從 0x1000000處對嵌入式操作系統解壓縮并運行： set tftp_boot ‘tftp 0x1000000 uImage;bootm 0×1000000’ 接下來將tftp_boot設置為自啟動命令： set bootcmd run tftp_boot 還可以通過設置bootdelay環境變量來改變U-Boot運行自啟動命令之前的等待時間。 最后要使用U-Boot的save命令來將剛才設置的環境變量保存到Flash中。 為了讓目標系統能夠正確地從主機中下載操作系統，要對主機的TFTP服務器進行設置，主機的IP地址必須與U-Boot中設置的服務器IP地址相同，其次是主機中文件的名字必須與U-Boot的環境變量tftp_boot中設置的文件名相同。 通過以上的設置，現在目標系統上電之后，在設定的時間之內沒有任何按鍵的情況下，就會通過網絡從主機的TFTP服務器下載并運行μClinux操作系統。 經驗和建議 前面我們定義了一個宏CONFIG_DM9000_DEBUG，定義它是為了在系統調試的過程中輸出程序運行的相關信息，便于跟蹤系統運行和查找錯誤。在系統的調試階段打開相應的調試開關是很有必要的，但是當系統完成調試準備投入正常運行的時候，為了提高整個系統的運行效率，必須關掉相應的調試開關。要去掉網絡調試信息的輸出，只需要把CONFIG_DM9000_DEBUG宏的定義語句注釋掉就可以，對修改過的U-Boot重新編譯并運行，文件的下載速度比之前有了成倍的提高。 結語 本文所討論的內容不失一般性，可以本文為指導，在其它應用系統中實現嵌入式操作系統或者其它任何軟件系統的網絡加載。 參考文獻 1. Analog Devices, Inc. ADSP-BF533 Blackfin Processor Hardware Reference [EB/OL]. 2006. http://www.analog.com/static/imp ... 485982bf533_hwr.pdf 2. DAVICOM Semiconductor, Inc. DM9000A Ethernet Controller with General Processor Interface [EB/OL]. 2006. http://www.davicom.com.tw/userfi ... A-DS-F01-101906.pdf |
