進入20世紀90年代，嵌入式技術(shù)全面展開，目前已成為通信和消費類產(chǎn)品的共同發(fā)展方向。在通信領(lǐng)域，數(shù)字技術(shù)正在全面取代模擬技術(shù)。在廣播電視領(lǐng)域，美國已開始由模擬電視向數(shù)字電視轉(zhuǎn)變，歐洲的DVB（數(shù)字電視廣播）技術(shù)已在全球大多數(shù)國家推廣。數(shù)字音頻廣播（DAB）也已進入商品化試播階段。而軟件、集成電路和新型元器件在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的作用日益重要。所有上述產(chǎn)品中，都離不開嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)監(jiān)測、控制等各個領(lǐng)域，嵌入式系統(tǒng)將越來越多地支持互聯(lián)網(wǎng)功能。人們對互聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)的功能和可靠性都提出了越來越高的要求。嵌入式系統(tǒng)無疑是當前最熱門最有發(fā)展前途的IT應(yīng)用領(lǐng)域之一。嵌入式系統(tǒng)用在一些特定專用設(shè)備上，通常這些設(shè)備的硬件資源（如處理器、存儲器等）非常有限，并且對成本很敏感，有時對實時響應(yīng)要求很高等。

本文對基于32位微處理器和μClinux的嵌入式系統(tǒng)進行了研究，從硬件核心-32位微處理器的選型，其他硬件部分的設(shè)計，系統(tǒng)驅(qū)動程序的編寫，嵌入式操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)的移植，完成了對一個嵌入式系統(tǒng)從計劃設(shè)計到開發(fā)調(diào)試的完整過程的研究。

1 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

μClinux的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。本系統(tǒng)采用韓國三星公司的S3C44B0X[2]微處理器，外擴一片norflash芯片HY29LV160B、nandflash芯片K9F2808u和SDRAM芯片 HY57V561620,JTAG接口，RS232串口；帶有開關(guān)量采集模塊、模擬量采集模塊和以太網(wǎng)通信模塊；采用μClinux嵌入式操作系統(tǒng)來進行軟件設(shè)計。μClinux是一個完全符合GNU/GPL公約的操作系統(tǒng)，完全開放源代碼，現(xiàn)在由Line公司支持維護。μClinux的發(fā)音是you-see-linux,它的名字來自于希臘字母μ和英文大寫字母C結(jié)合。μ代表"微小"之意，字母C代表"控制器",所以從字面上就可以看出它的含義，即"微控制領(lǐng)域中的Linux系統(tǒng)".μClinux的具體特點包括：適合嵌入式環(huán)境開發(fā)。一般而言，嵌入式系統(tǒng)自身所具有的簡約性，導(dǎo)致對于所選用的操作系統(tǒng)的多任務(wù)、大內(nèi)存管理等方面的功能都沒有明確需求。

硬件系統(tǒng)上使用了兩種類型的Flash,一種是norflash,另一種是nandflash.norflash適宜連續(xù)大容量存儲，價格相對便宜；相比較，nandflash隨機存儲速度快、價格高。所以在本系統(tǒng)中結(jié)合兩種Flash的優(yōu)勢，將移植的操作系統(tǒng)存放在norflash之中，nandflash則是用來存儲應(yīng)用程序的代碼和常量，保證用戶的程序在掉電后不丟失。

該方案設(shè)計相對簡單，硬件電路中采用韓國三星公司的S3C44BOX微處理器，8 KB Cache、可選的內(nèi)部SRAM、2通道UART、8通道10 bit ADC、71個通用I/O口、2個可編程32 bit定時器，能夠基于芯片設(shè)計復(fù)雜的系統(tǒng)。其架構(gòu)滿足了μClinux正常運行的基本要求。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

為使該系統(tǒng)具有較好的實時性和穩(wěn)定性，在μClinux平臺上設(shè)計系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)中各個任務(wù)在宏觀上按照一定的關(guān)系并行工作，CPU資源得到充分利用，系統(tǒng)可靠性得到很大的保證，方便組織開發(fā)任務(wù)。在μClinux平臺上，軟件設(shè)計工作主要包括：Bootloader的移植、μClinux在S3C44B0X上的移植、驅(qū)動程序的編寫和應(yīng)用程序的編寫。

2.1 Bootloader的移植

Bootloader是嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的第一個環(huán)節(jié)，bootloader說白了就BSP（板級支持包），起作用無非就是：首先初始化硬件（包括io,特殊功能寄存器），接著把嵌入式操作系統(tǒng)加載（拷貝）到內(nèi)存中（一段代碼拷貝程序），然后運行嵌入式系統(tǒng)。Blob是Boot Loader Object的縮寫，是一款功能強大的Bootloader.MBA44B0是一款基于S3C44B0的開發(fā)板。本文將以運行在MBA44B0開發(fā)板上的Blob的源代碼為基礎(chǔ)，再針對自己的開發(fā)板進行Blob的移植。

Blob編譯后的代碼定義最大為64 KB,并且這64 KB又分成兩個階段來執(zhí)行。第一階段的代碼在start.s中定義，大小為1 KB,它包括從系統(tǒng)上電后在0x00000000地址開始執(zhí)行的部分，并運行在Flash中，包括對S3C44B0的一些寄存器的初始化和將Blob第二階段代碼從Flash拷貝到SDRAM中。余下63 KB代碼都是第二階段的代碼。其起始文件為Trampoline.s,被復(fù)制到SDRAM后，就從第一階段跳到這個文件開始執(zhí)行剩余部分代碼。這個階段最大為63 KB,單詞trampoline詞義為"蹦床",所以在這個程序中進行一些BSS段設(shè)置、堆棧的初始化等工作后，最后跳轉(zhuǎn)到Main.c進入C函數(shù)。

2.2 μClinux的移植

作為操作系統(tǒng)的核心，μClinux內(nèi)核負責管理系統(tǒng)的進程、內(nèi)存、設(shè)備驅(qū)動程序、文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，決定著系統(tǒng)的各種性能。μClinux內(nèi)核采用模塊化的組織結(jié)構(gòu)，通過增減內(nèi)核模塊的方式來增減系統(tǒng)的功能。 μClinux2.4.x發(fā)行包中的內(nèi)核對S3C44B0X處理器的支持是不完整的，因此，不可能在make config配置選項中選中S3C44B0X目標板后，直接編譯它來得到一個很好的支持S3C44B0X開發(fā)板的內(nèi)核映像。Linux內(nèi)核在PC上以文件的形式存在（保存成磁盤文件形式），就是所謂的"映像文件".Linux內(nèi)核映像文件最終是要燒錄到目標板的flash中。 Linux 內(nèi)核映像文件有兩種：一種是非壓縮版本，叫Image;另一種是它的壓縮版本，叫zImage.zImage是Image經(jīng)過壓縮形成的，所以它的大小比Image小。為了能使用zImage這個壓縮版本，必須在它的開頭加上解壓縮的代碼，將zImage 解壓縮之后才能執(zhí)行，因此它的執(zhí)行速度比Image要慢。

（1）在Ne.c中函數(shù)ne_probe就是網(wǎng)卡的檢測函數(shù)，如果檢測到Ne2000兼容的網(wǎng)卡就是return 0,可以參考一下添加的函數(shù)的語法格式，將網(wǎng)卡的基地址、中斷號都放到這里面定義： #elif defined（CONFIG_ARCH_S3C44B0）

static int once = 0;

if （once）

return -ENXIO;

if （base_addr == 0） {

dev->base_addr = base_addr = ARM_NE2000_BASE;

dev->irq = ARM_NE2000_IRQ;

once++;

}

其中，ARM_NE2000_BASE和ARM_NE2000_IRQ是在配置內(nèi)核的時候定義的。

（2）ne_probe是被Space.c調(diào)用的，這里網(wǎng)卡的檢測是從。/drivers/net/Space.c的ethif_probe函數(shù)中實現(xiàn)的，關(guān)鍵代碼如下：

if （probe_list（dev, eisa_probes） == 0）

return 0;

eisa_probes :在前面定義成全局

static struct devprobe eisa_probes[] __initdata = {

#ifdef CONFIG_DE4X5???????????? /* DEC DE425, DE434, DE435 adapters */

{de4x5_probe, 0},

#endif

……

{NULL, 0},

};

添加的函數(shù)是：

if （probe_list（dev, arm_probes） == 0）

return 0;

并定義：

static struct devprobe arm_probes[] __initdata = {

#ifdef CONFIG_ARM

{ne_probe, 0},

#endif

{NULL, 0},

（3）地址偏移的問題

同樣是在ne.c中ne_probe1的代碼中。為了更好地說明所修改的地方，首先應(yīng)該先介紹一下硬件的配置和連接。這里8019在S3C44B0的Bank 5上，工作在跳線模式，所以起始基地址就是0x0a000600.還有一點需要特別注意的是：8019工作在16位模式下，數(shù)據(jù)線一對一地連接，地址線錯開一位，即8019的A0連接S3C44B0的A1……這樣，8019的基地址（Reg0的地址）是0x0a000600,Reg1的地址就是0x0a000602……所以地址不是連續(xù)增加的，那么對應(yīng)的驅(qū)動程序要做相應(yīng)的修改。

#elif defined（CONFIG_ARM）

#define EI_SHIFT（x） （（x）*2）

其中EI_SHIFT可以查看到8390.h的定義。

也有直接訪問外部的代碼，所以要添加的還有：

#ifdef CONFIG_ARM

regd = inb_p（ioaddr + 0x0d*2）；

outb_p（0xff, ioaddr + 0x0d*2）； :函數(shù)outb_p和inb_p訪問外部IO的函數(shù)

#else

regd = inb_p（ioaddr + 0x0d）；

outb_p（0xff, ioaddr + 0x0d）；

這樣就被解決了地址偏移的問題，偏移地址就是計算機里的內(nèi)存分段后，在段內(nèi)某一地址相對于段首地址（段地址）的偏移量。 如8086存儲系統(tǒng)中 20位的物理地址（就是數(shù)據(jù)存儲的實際地址）=16位的段地址*16+16位的偏移量 數(shù)據(jù)段DS寄存器的值=0088H 偏移地址=22H 那么偏移后的地址等于 0088H*16+22H=00880+22H=008A2H這里采用預(yù)處理來添加自己的代碼，不直接在原有的代碼上修改，可以保證代碼的完整性和可移植性，也較容易比較和發(fā)現(xiàn)問題。

主程序和μClinux中的系統(tǒng)文件放在同一個程序下，進行編譯即可。為了提高執(zhí)行效率，可以根據(jù)實際應(yīng)用修改μClinux的部分常用代碼，甚至剪切掉某些不必要的代碼。

基于μClinux的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件的設(shè)計方案在硬件上簡潔可靠；軟件可維護性好，可擴展性好，有利于系統(tǒng)的后續(xù)開發(fā)，降低了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性。隨著嵌入式產(chǎn)品研究的深入，網(wǎng)絡(luò)接口芯片的研究也會快速發(fā)展，使智能化產(chǎn)品的設(shè)計更趨向簡單、標準、成熟。可以看出，嵌入式μClinux操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)將會得到更大的發(fā)展和更廣闊的應(yīng)用。