-- 作者：wangxinxin
-- 發(fā)布時間：2010-11-18 8:54:19
-- ARM的開發(fā)步驟
ARM的開發(fā)步驟
1． 做個最小系統(tǒng)板：如果你從沒有做過ARM的開發(fā)，建議你一開始不要貪大求全，把所有的應(yīng)用都做好，因?yàn)锳RM的啟動方式和dsp或單片機(jī)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(fù)位信號的小系統(tǒng)板，留出擴(kuò)展接口。使最小系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，你的任務(wù)就完成了一半，好在ARM的外圍接口基本都是標(biāo)準(zhǔn)接口，如果你已有這些硬件的布線經(jīng)驗(yàn)，這對你來講是一件很容易的事情。
2． 寫啟動代碼，根據(jù)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(dāng)中，bootloader會有很多東西，但是不要被這些復(fù)雜的程序所困擾，因?yàn)槟悴皇亲鲩_發(fā)板的，你的任務(wù)就是做段小程序，讓你的應(yīng)用程序能夠運(yùn)行下去
3． 仔細(xì)研究你所用的芯片的資料，盡管ARM在內(nèi)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(tǒng)程序，在ARM的應(yīng)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。
6.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(shè)計時，對資源的分配心中有數(shù)。器件的DATSHEET一定要好好消化。
7.如果做軟件最好對操作系統(tǒng)的機(jī)理要有所了解。當(dāng)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(diǎn)費(fèi)勁。
問：做最小系統(tǒng)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(shù)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(qū)動器端，也是起阻抗匹配作用的；布線時要先布數(shù)據(jù)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(xué)過傳輸線理論的都知道，當(dāng)傳輸線上某處出現(xiàn)阻抗突變(不匹配)時，信號通過就會發(fā)生反射，反射對原信號造成干擾，嚴(yán)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(guān)，有許多現(xiàn)成的公式和程序可供計算。
33歐電阻通常串連放在驅(qū)動的一端(其實(shí)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(fā)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(shè)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(lián)，但在數(shù)字系統(tǒng)比較少用，因?yàn)楸容^麻煩，而且很多時候是一發(fā)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(shù)的一半，比如如果上升時間是1ns，那么它的倒數(shù)是1000MHz，也就是說在設(shè)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(qū)動器的輸出斜率是可調(diào)的
構(gòu)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(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和交叉運(yùn)行環(huán)境，并且可以跨越嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中的仿真工具（ICE）的障礙。內(nèi)核的完全開放使人們可以自己設(shè)計和開發(fā)出真正的硬實(shí)時系統(tǒng)，軟實(shí)時系統(tǒng)在Linux中也容易得到實(shí)現(xiàn)。強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持使得可以利用Linux的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧將其開發(fā)成為嵌入式的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。
Linux提供了完成嵌入功能的基本內(nèi)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(wù)和用戶界面。
一個小型的嵌入式Linux系統(tǒng)只需要下面三個基本元素：
* 引導(dǎo)工具
* Linux微內(nèi)核，由內(nèi)存管理、進(jìn)程管理和事務(wù)處理構(gòu)成
* 初始化進(jìn)程
如果要讓它能干點(diǎn)什么且繼續(xù)保持小型化，還得加上：
* 硬件驅(qū)動程序
* 提供所需功能的一個或更多應(yīng)用程序。
再增加功能，或許需要這些：
* 一個文件系統(tǒng)（也許在ROM或RAM）中
* TCP/IP網(wǎng)絡(luò)堆棧
下面我們就從精簡內(nèi)核、系統(tǒng)啟動、驅(qū)動程序?qū)ⅰ-Window換成MicroWindows四個步驟介紹嵌入式Linux的實(shí)際開發(fā)。
精簡內(nèi)核
構(gòu)造內(nèi)核的常用命令包括：make config、dep、clean、mrproper、zImage、bzImage、modules、modules_install。命令說明略。
現(xiàn)在舉個例子說明一下：
我使用的是 Mandrake內(nèi)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(tài)檔得到這些數(shù)據(jù)。
首先，使用 make config 把所有可以拿掉的選項(xiàng)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(jīng)把所有的選項(xiàng)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(fā)揮 Linux 的功能，因此我決定把網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)，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(nèi)存大約在600K～800K之間。1MB內(nèi)存就可能可以開機(jī)了，但不太有用，因?yàn)檫B載入C程序庫都有困難。2MB內(nèi)存應(yīng)該就可以做點(diǎn)事了，但要到 4MB以上才可以執(zhí)行一個比較完整的系統(tǒng)。
因?yàn)長inux 的filesystem 相當(dāng)大，大約在 230K 左右，占了 1/3 的體積。內(nèi)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(qū)動程序占了120K。SysV IPC占了 21K，必要的話可以拿掉，核心檔應(yīng)該可以再小個10K左右。
如果要裁剪核心大小，應(yīng)該動那里呢? 答案很明顯，當(dāng)然是文件系統(tǒng)。Linux 的 VFS簡化了檔案系統(tǒng)的設(shè)計，buffer cache, directory cache增加了系統(tǒng)的效率。但這些embedded系統(tǒng)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(tǒng)寫成一個 driver 的型式，應(yīng)該可以將 230K縮減至50K左右。整個核心縮到100K左右。
系統(tǒng)啟動
系統(tǒng)的啟動順序及相關(guān)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(jī)時的動作(此處的開機(jī)是指“打開PC的電源”)。
一般PC在電源一開時，是由內(nèi)存中地址FFFF:0000開始執(zhí)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(nèi)容則是一個jump指令，jump到另一個位于ROM BIOS中的位置，開始執(zhí)行一系列的動作。
緊接著系統(tǒng)測試碼之后，控制權(quán)會轉(zhuǎn)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(qū)讀入內(nèi)存中，至于讀到內(nèi)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(jī)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(jī)部分做個粗淺的比較。MS DOS 由位于磁盤上boot sector的boot程序負(fù)責(zé)把IO.SYS載入內(nèi)存中，而IO.SYS則負(fù)有把DOS的kernel --MSDOS.SYS載入內(nèi)存的重任。而Linux則是由位于boot sector 的bootsect程序負(fù)責(zé)把setup及Linux的kernel載入內(nèi)存中，再將控制權(quán)交給setup。
驅(qū)動程序
在Linux系統(tǒng)里，設(shè)備驅(qū)動程序所提供的這組入口點(diǎn)由一個結(jié)構(gòu)來向系統(tǒng)進(jìn)行說明。
設(shè)備驅(qū)動程序所提供的入口點(diǎn)，在設(shè)備驅(qū)動程序初始化的時候向系統(tǒng)進(jìn)行登記，以便系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)臅r候調(diào)用。Linux系統(tǒng)里，通過調(diào)用register_chrdev 向系統(tǒng)注冊字符型設(shè)備驅(qū)動程序。
在Linux里，除了直接修改系統(tǒng)核心的源代碼，把設(shè)備驅(qū)動程序加進(jìn)核心里以外，還可以把設(shè)備驅(qū)動程序作為可加載的模塊，由系統(tǒng)管理員動態(tài)地加載它，使之成為核心的一部分。也可以由系統(tǒng)管理員把已加載的模塊動態(tài)地卸載下來。Linux中，模塊可以用C語言編寫，用gcc編譯成目標(biāo)文件（不進(jìn)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(shù)。在成功地向系統(tǒng)注冊了設(shè)備驅(qū)動程序后（調(diào)用register_chrdev成功后），就可以用mknod命令來把設(shè)備映射為一個特別文件。其它程序使用這個設(shè)備的時候，只要對此特別文件進(jìn)行操作就行了。
將X-Window換成MicroWindows
MicroWindows是使用分層結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。允許改變不同的層來適應(yīng)實(shí)際的應(yīng)用。在最底一層，提供了屏幕、鼠標(biāo)/觸摸屏和鍵盤的驅(qū)動，使程序能訪問實(shí)際的硬件設(shè)備和其它用戶定制設(shè)備。在中間一層，有一個輕巧的圖形引擎，提供了繪制線條、區(qū)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(yīng)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(tǒng)的緊密兼容性，使得別的應(yīng)用程序可以很容易就能移植到MicroWindows上。
何謂嵌入式系統(tǒng)
嵌入式系統(tǒng)被定義為：以應(yīng)用為中心、以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。
嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，如果獨(dú)立于應(yīng)用自行發(fā)展，則會失去市場。嵌入式處理器的功耗、體積、成本、可靠性、速度、處理能力、電磁兼容性等方面均受到應(yīng)用要求的制約，這些也是各個半導(dǎo)體廠商之間競爭的熱點(diǎn)。嵌入式處理器的應(yīng)用軟件是實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)功能的關(guān)鍵。軟件要求固化存儲，軟件代碼要求高質(zhì)量、高可靠性，系統(tǒng)軟件(OS)的高實(shí)時性是基本要求。
在制造工業(yè)、過程控制、通訊、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費(fèi)類產(chǎn)品等方面均是嵌入式計算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。 |
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