嵌入式Linux在Blackfin處理器上的應(yīng)用
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1 Uclinux和Blackfin簡(jiǎn)介
1. 1 UcLinux簡(jiǎn)介
Uclinux是當(dāng)前廣泛應(yīng)用的一種嵌入式Linux操作系統(tǒng),是一個(gè)完全符合GNU/GPL公約的項(xiàng)目,與UNIX完全兼容,完全開(kāi)放源碼。英文單詞中u表示Micro,c表示control,所以Uclinux的意思是“微控制領(lǐng)域的Linux系統(tǒng)”。
Uclinux針對(duì)嵌入式應(yīng)用的特點(diǎn),對(duì)Linux的內(nèi)核(所用版本為linux2.6)進(jìn)行了修改和重新編譯,其大小遠(yuǎn)小于原來(lái)。它包含Linux常用的API,保留了原來(lái)Linux操作系統(tǒng)具有的高穩(wěn)定性、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能和卓越的文件系統(tǒng)支持功能等優(yōu)點(diǎn)。
1. 2 Blackfin簡(jiǎn)介
Blackfin 系列DSP是ADI公司推出的高性能,低功耗的新一代DSP處理器,融合了Analog Devices/Intel的微信號(hào)結(jié)構(gòu)(MSA),其應(yīng)用范圍廣泛,包括汽車(chē)圖像系統(tǒng),寬帶無(wú)線系統(tǒng),多媒體消費(fèi)電子產(chǎn)品,數(shù)字視頻錄像機(jī),安防與監(jiān)控,機(jī)頂盒和視頻會(huì)議等。
對(duì)下一代的數(shù)字通信和消費(fèi)多媒體應(yīng)用來(lái)說(shuō),Blackfin處理器是高度集成的片上系統(tǒng)解決方案。通過(guò)將工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口與高性能的信號(hào)處理內(nèi)核相結(jié)合,用戶可以快速開(kāi)發(fā)出節(jié)省成本的解決方案,而無(wú)需昂貴的外部組件。
筆者使用的是BF533,其結(jié)構(gòu)如圖1:
BF533包括一個(gè)UART口、一個(gè)SPI口、兩個(gè)串行口(SPORTs)、四個(gè)通用定時(shí)器(其中三個(gè)具有PWM功能)、一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘、一個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器,以及一個(gè)并行外設(shè)接口。
1.3 Blackfin+Uclinux的優(yōu)越性
(1) 使用方便
(2) 支持網(wǎng)絡(luò)
(3) 源碼開(kāi)放
(4) 方便程序開(kāi)發(fā)移植
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2 在Blackfin中嵌入U(xiǎn)clinux操作系統(tǒng)
2.1 建立開(kāi)發(fā)環(huán)境
要在Blackfin上嵌入U(xiǎn)clinux操作系統(tǒng),首先應(yīng)建立相應(yīng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境。筆者所用的主機(jī)系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)平臺(tái)如下:
Windows XP與REDHAT 9.0雙操作系統(tǒng)
P4 1.8GHz,512 MB內(nèi)存
Blackfin533 EZ-KIT 開(kāi)發(fā)板
Linux環(huán)境下的程序通過(guò)GNU的一系列工具完成編譯工作,其中包括預(yù)處理、編譯、匯編和連結(jié)4個(gè)互相關(guān)聯(lián)的步驟,每一步由相關(guān)工具完成。
(1)GCC:是GNU編譯器的前端程序,負(fù)責(zé)完成預(yù)處理和編譯過(guò)程,生成以.O為后綴的目標(biāo)文件。
(2)AS:是GNU編譯器的匯編器,負(fù)責(zé)把后綴為.S的匯編文件編譯成以.O為后綴的目標(biāo)文件。
(3)LD:是GNU 編譯器的連結(jié)器,負(fù)責(zé)把目標(biāo)文件和庫(kù)文件連結(jié)起來(lái),重定位它們的數(shù)據(jù),把所有符合連結(jié)起來(lái)。
筆者用的是bfin-gcc-3.4-2005R3.1.tar.gz。
在REDHAT中打開(kāi)terminal,將目錄轉(zhuǎn)換到工作目錄(根目錄),鍵入以下命令:
tar –xzf bfin-gcc-3.4-2005R3.1.tar.gz
在/opt下會(huì)出現(xiàn)/uclinux/bfin-elf和/uclinux/bfin-uclinux兩個(gè)新文件夾,此時(shí)Blackfin所用的交叉編譯器已建立成功。
2.2 在EZ-KIT上植入U(xiǎn)-BOOT
從網(wǎng)上下載u-boot_1.1.3.tar.bz2,在terminal下鍵入:
bunzip2 u-boot_1.1.3.tar.bz2
tar -xzf u-boot_1.1.3.tar.bz2
此時(shí)會(huì)出現(xiàn)名為u-boot_1.1.3的文件夾,將當(dāng)前目錄轉(zhuǎn)為此文件夾下,鍵入以下命令:
make clean
make mrproper
make ezkit_533_config
make
以上步驟完成后,會(huì)出現(xiàn)以下文件:
u-boot:這是elf文件,可以用它生成其它格式的文件。
u-boot.bin:這是二進(jìn)制文件,可以用來(lái)升級(jí)u-boot。
在terminal下鍵入:
/opt/Uclinux/bfin-ucLinux/bfin-uclinux-objcopy –I binary –O ihex u-boot.bin u-boot.hex
此時(shí)在u-boot文件夾下生成u-boot.hex。
將主機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為Windows XP下,打開(kāi)VDSP++開(kāi)發(fā)軟件,點(diǎn)開(kāi)TOOL下的flash programmer
2.3 編譯Uclinux
將主機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)為REDHAT9.0,打開(kāi)terminal,當(dāng)前目錄應(yīng)為Uclinux所在目錄,輸入以下命令:
export PATH=/opt/uclinux/bfin-elf/bin: /opt/uclinux/bfin-uclinux/
bin:$PATH
make menuconfig
此時(shí)出現(xiàn)選擇參數(shù)界面,包括廠商,器件型號(hào)等,選好參數(shù)后繼續(xù)。過(guò)一段時(shí)間后,將出現(xiàn)兩個(gè)模塊選擇介面,這里不更改任何選項(xiàng),直接選擇exit。
在terminal中鍵入:make ,開(kāi)始編譯Uclinux,這個(gè)過(guò)程大概需要幾分鐘左右,當(dāng)編譯成功后,在uclinux文件夾下的image文件夾中將生成名為linux的文件。
2.4 嵌入U(xiǎn)clinux
將主機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)為Windows XP系統(tǒng)。
將ezkit板和主機(jī)用串口連接起來(lái),打開(kāi)hyperterminal,選COM1,確定后進(jìn)入設(shè)置參數(shù)界面,如圖4所示。
設(shè)置好參數(shù)后,按確定。給板子上電后,自動(dòng)啟動(dòng)U-boot。
在ezkit>后鍵入:“ loadb” ,點(diǎn)擊“傳送”,“發(fā)送文件”,出現(xiàn)如圖5的界面:
按上圖設(shè)置好參數(shù)后,點(diǎn)擊發(fā)送,則出現(xiàn)傳送文件的界面,并顯示進(jìn)度。由于linux文件有5.1M,而B(niǎo)F533 ezkit沒(méi)有以太網(wǎng)接口,只能用串口進(jìn)行傳輸,速度較慢,這個(gè)過(guò)程約1小時(shí)。為了縮短傳輸時(shí)間,筆者在Linux系統(tǒng)下將linux文件進(jìn)行壓縮,壓縮后的文件大約1M左右,這樣整個(gè)傳輸時(shí)間將縮短為10多分鐘。
壓縮的指令為:
/tools/mkimage –A blackfin –O linux –T kernel –C gzip –a 0x1000 –n “uclinux kernel Image” –d linux.bin.gz uImage[!--empirenews.page--]
這條指令將生成名為uImage的壓縮文件。
當(dāng)傳輸完成后,在ezkit>后輸入:
bootelf 0x01000000(未經(jīng)壓縮)
bootm 0x01000000 (壓縮)
此時(shí)將啟動(dòng)Uclinux,如果啟動(dòng)成功,將出現(xiàn)welcome畫(huà)面。
到此,Uclinux已成功的嵌入到BF533 ezkit中。
3 在Uclinux中加入自己的應(yīng)用程序
筆者用了一個(gè)最簡(jiǎn)單的程序“hello.c”來(lái)介紹如何在嵌入式操作系統(tǒng)中加入自己的程序。
(1)在/uclinux-dist/user/下建立一個(gè)新的文件夾shello,將源程序放到里面。
(2)修改/uclinux-dist/user/Makefile。加入:
dir_$(CONFIG_USER_SHELLO_HELLO)+=hello
(3)修改/uclinux-dist/config/configure.help。加入:
CONFIG_USER_SHELLO_HELLO
This is my program
這里需要注意一點(diǎn):第二行的開(kāi)頭字母“T”離第一行的開(kāi)頭字母“C”兩個(gè)字母的距離,同時(shí)每行不要超過(guò)70個(gè)字母。
(5) 修改/Uclinux-dist/config/config.in。加入:
bool ‘hello’CONFIG_USER_SHELLO_HELLO
(6)在/ucLinux-dist/user/shello/中加入makfile文件,此文件內(nèi)容如下:
EXEC=hello
OBJS=hello.o
All:$(EXEC)
$(EXEC):$(OBJS)
$(CC) $(LDFLAGS) –O $ @ $ (OBJS) $ (LDLIBS)
romfs:
$(ROMFSINST) /bin/$ (EXEC)
clean:
rm –f $ (EXEC) *.elf *.gdb *.o
(7)做完以上步驟后,重新編譯內(nèi)核。此時(shí)hello應(yīng)用程序會(huì)被加入內(nèi)核中,注意在選擇模塊時(shí)選中hello。編譯結(jié)束后,將內(nèi)核下到板子上,啟動(dòng)Uclinux,在root>后鍵入hello,會(huì)出現(xiàn)“hello,world”。
4 結(jié)語(yǔ)
嵌入式操作系統(tǒng)是當(dāng)今最熱門(mén)的研究課題,本文詳細(xì)介紹了怎樣在Blackfin中嵌入U(xiǎn)clinux以及如何加入自己的應(yīng)用程序,該系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用到我們開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目中。