基于EP7312的嵌入式系統軟硬件設計

1 前言

所謂嵌入式系統，即將應用程序和操作系統和計算機硬件集成在一起的系統。簡(jiǎn)而言之即軟硬件一體化。這種系統具有小巧靈活p性?xún)r(jià)比高p自動(dòng)化高p實(shí)時(shí)性強p專(zhuān)業(yè)性強等特點(diǎn)。嵌入式系統適合應用于人類(lèi)工作與生活的各個(gè)領(lǐng)域，最為典型的應用有機頂盒p數字應用pWebTVpATM/POS機p多媒體手機p袖珍電腦p車(chē)載導航器p航空電子等等。嵌入式技術(shù)已經(jīng)深入人類(lèi)生活和工作的方方面面，在娛樂(lè )，軍事方面也有強大的應用潛力。

全球有四大操作系統：WinCEpPalm OSpEPoc和Linux以穩定p高效p易制定p易裁減p硬件支持廣泛的特點(diǎn)，結合其免費p開(kāi)源的特征在嵌入式操作系統中的地位越來(lái)越重要。越來(lái)越多的嵌入式，包括PDAp機頂盒pWAP手機等系統不僅僅要求高性能高可靠性的圖形顯示界面支持，而且要求提供全功能的Web瀏覽器。包括HTML支持,JavaScripe支持，甚至包括Java虛擬機的支持。本文所介紹的系統是一個(gè)擁有圖形界面，支持嵌入式瀏覽器的ARM Linux系統。

2嵌入式系統結構

基于EP7312的嵌入式系統分為軟件和硬件兩大部分。硬件是自主開(kāi)發(fā)的EB7312-B嵌入式開(kāi)發(fā)系統。軟件由ARM LinuxpMicrowindows和ViewML三部分組成。如圖1。

圖1 嵌入式系統結構

2.1 EB7312-B

EB7312-B所采用的CPU是Cirrus Logic公司出品的EP7312。EP7312由一個(gè)32位精簡(jiǎn)指令集微控制器及片上外圍所組成，是專(zhuān)門(mén)用于PDApInternet設備p移動(dòng)電話(huà)和手持設備等設計成超低功耗和高性能的微處理器。EB7312-B的核心邏輯部是ARM720T處理器，由ARM7TCMI CPU核模塊p內存管理單元p寫(xiě)緩沖器模塊和8K獨立的指令數據高速緩存組成。內存管理單元兼容WinCE和Linux。其他功能塊有內存控制器;48KB的片上SRAM.(LCD控制器和一般應用共用); 內存32MB SDRAM，16MB Flash;兩個(gè)全雙工的UART(16550型);10M以太網(wǎng)卡CS8900A;彩色320X240 LCD，EP7312本身并不直接支持彩色LCD，它是通過(guò)微小的外部邏輯和對LCD驅動(dòng)器的一個(gè)輕微的改動(dòng)來(lái)實(shí)現對彩色的支持; 83鍵ASCII鍵盤(pán)。

圖2 ViewML體系結構

2.2 ARM Linux

ARM Linux是一個(gè)將Linux內核移植到各種基于ARM處理器的目標系統的項目。由Russell Kingrmk@arm.linux.org.uk主持。已經(jīng)為超過(guò)100多種不同的目標系統成功完成了移植工作。這里所移植的Linux內核是Linux-2.4.24,ARM Linux補丁是2004年2月發(fā)布的Linux-2.4.24-vrs1。在移植過(guò)程中，重點(diǎn)工作是啟動(dòng)程序的實(shí)現和ARM Linux下針對具體的硬件環(huán)境楨緩沖設備驅動(dòng)程序的設計。

啟動(dòng)程序的主要步驟為：設置入口指針，設置中斷向量，設置和初始化RAM，初始化至少一個(gè)竄行端口，檢測CPU類(lèi)型，初始化堆棧和寄存器，初始化存儲器系統，設置內核相關(guān)列表，呼叫內核鏡像。需要特別注意的是在設置CPU寄存器時(shí)，r¬0 為0,r2 為檢測出的CPU型號號碼，MMU關(guān)閉，指令Catch打開(kāi)，數據Catch清空后關(guān)閉。

Framebuffer是一個(gè)提供顯示內存和顯示芯片寄存器從物理內存映射到進(jìn)程地址空間中的設備，其驅動(dòng)程序主要依靠三個(gè)數據結構：fb_infopfb_var_screeninfopfb_fix_screeninfo。fb_info結構只能在內核空間訪(fǎng)問(wèn)，其內部定義了struct fb_ops，結構fb_ops的成員即framebuffer的一系列操作函數。幀緩沖設備的驅動(dòng)主要就是編寫(xiě)這些接口函數。fb_var_screeninfo和fb_fix_screeninfo定義視頻板卡的硬件特性。如顯存大小p每行顯示位數p分辨率等與特定硬件相關(guān)的特性。幀緩沖驅動(dòng)程序首先調用register_framebuffer注冊一個(gè)framebuffer設備，后在Linux/drivers/video/fbmem.c中登記初始化函數。所有幀緩沖驅動(dòng)程序的ioctl調用由fbmem.c統一實(shí)現。