基于A(yíng)RM的嵌入式Linux開(kāi)發(fā)平臺構建

隨著(zhù)計算機技術(shù)、通信技術(shù)的飛速發(fā)展和3C(計算機、通信、消費電子)的融合,嵌入式系統已經(jīng)滲透到各個(gè)領(lǐng)域。在32位嵌入式微處理器市場(chǎng)上,基于ARM(Advanced RISC Machine)內核的微處理器在市場(chǎng)上處于絕對的領(lǐng)導地位,因此追蹤ARM技術(shù)的發(fā)展趨勢顯得尤為重要。在嵌入式操作系統的選擇上,Linux一直因其內核精簡(jiǎn)、代碼開(kāi)放、易于移植等特點(diǎn)受到廣大嵌入式系統工程師的青睞。另外,嵌入式系統一旦具備網(wǎng)絡(luò )接入功能,其信息處理能力更加強大,因此有必要為嵌入式系統構建Web服務(wù)器。本文主要目的是研究基于ARM的嵌入式Linux開(kāi)發(fā)平臺構建,并在此基礎上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )應用程序的開(kāi)發(fā)。

選用指南

在進(jìn)行嵌入式系統的開(kāi)發(fā)之前，首先必須要選擇恰當的開(kāi)發(fā)平臺。對于經(jīng)驗豐富的開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，當然可以自己動(dòng)手組裝硬件，然后挑選合適的嵌入式Linux系統，將其移植到開(kāi)發(fā)平臺上。但對于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，可能更好的辦法是購買(mǎi)硬件廠(chǎng)商已經(jīng)做好的開(kāi)發(fā)板，將精力集中在應用程序的開(kāi)發(fā)上。

雖然ARM微處理器有多達十幾種的內核結構、幾十個(gè)芯片生產(chǎn)廠(chǎng)家和眾多的功能組合，但這也給廣大嵌入式開(kāi)發(fā)人員在確定方案時(shí)帶來(lái)了一定的困難?？陀^(guān)上講，嵌入式系統一般都是量身打造的。開(kāi)發(fā)人員必須依據客戶(hù)需求選擇合適的軟硬件平臺，否則的話(huà)要么無(wú)法完成所要求的功能，要么就會(huì )造成資源的浪費，挑選出一個(gè)合適的方案確實(shí)很不容易。初學(xué)者在做決定時(shí)不妨借鑒下面的一些經(jīng)驗。

ARM處理器包含ARM7系列，ARM9系列，ARM9E系列，ARM10E系列，SecurCore系列，Inter的Xscale，Inter的StrongARM ARM11系列 其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10為4個(gè)通用處理器系列，每一個(gè)系列提供一套相對獨特的性能來(lái)滿(mǎn)足不同應用領(lǐng)域的需求。SecurCore系列專(zhuān)門(mén)為安全要求較高的應用而設計。

ARM7系列微處理器的典型處理速度為0.9MIPS/MHz，ARM9系列微處理器的典型處理速度為1.1MIPS/MHz，常見(jiàn)的ARM7芯片的系統主時(shí)鐘為20MHz到133MHz;常見(jiàn)的ARM9芯片的系統主時(shí)鐘為100MHz到233MHz;ARM10系列微處理器的典型處理速度為1.25MIPS/MHz，其時(shí)鐘頻率則可以高達400MHz。不同ARM芯片對時(shí)鐘的處理各不相同。有些芯片只有一個(gè)主時(shí)鐘頻率，而有些芯片的內部時(shí)鐘控制器則可以分別為ARM核、USB、UART和DSP等功能部件提供不同頻率。

大多數ARM微處理器片內存儲器的容量都不大，需要用戶(hù)在設計嵌入式系統時(shí)擴充外部存儲器。

除了ARM微處理器核之外，幾乎所有的ARM芯片都根據各自不同的應用領(lǐng)域擴展了相應的功能模塊，并集成在芯片之中，從而形成了片內外圍電路，如USB接口、I/O接口、RTC和LCD控制器等。嵌入式系統的開(kāi)發(fā)人員應該盡可能運用這些外圍電路，來(lái)實(shí)現系統所要求的功能。這樣既可以簡(jiǎn)化系統的設計，同時(shí)又能夠提高系統的可靠性。

為嵌入式系統挑選合適的硬件平臺是一件很復雜的工作。以上給出的只是一些基本的原則，實(shí)際應用當中還要根據情況靈活確定。筆者在展開(kāi)對嵌入式Linux的研究和開(kāi)發(fā)之時(shí)，經(jīng)過(guò)比較和鑒別，選用了一款基于S3C4510B處理器的開(kāi)發(fā)板。它是由三星公司推出的一款具有很高性?xún)r(jià)比的16/32位RISC微控制器，采用的是ARM公司提供的ARM7TDMI RISC處理器核。由于它具有高性能、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，因此特別適合于對價(jià)格和功耗比較敏感的應用場(chǎng)合，如手持設備、網(wǎng)絡(luò )通信和工業(yè)控制等。

S3C4510B整個(gè)開(kāi)發(fā)板的結構大致如圖1所示。

圖1 基于S3C4510B的開(kāi)發(fā)板框圖

快速入門(mén)

下面就來(lái)一睹嵌入式Linux的芳容。如果用戶(hù)的開(kāi)發(fā)板是由專(zhuān)門(mén)的硬件廠(chǎng)商提供的，一般來(lái)說(shuō)都會(huì )預裝一個(gè)嵌入式操作系統，如Windows CE、Palm OS或Linux等。此處介紹的S3C4510B開(kāi)發(fā)板預裝的是嵌入式Linux。我們不妨借用它來(lái)感受一下嵌入式Linux的開(kāi)發(fā)方法。如果用戶(hù)的開(kāi)發(fā)板是自己組裝的，或者買(mǎi)來(lái)時(shí)預裝的是其它的嵌入式操作系統，那么就需要自己動(dòng)手來(lái)重新構建系統了。

正如前面介紹過(guò)的，在開(kāi)發(fā)嵌入式系統時(shí)需要用到兩個(gè)平臺：一個(gè)是開(kāi)發(fā)平臺(Host)，另一個(gè)是目標平臺(Target)。開(kāi)發(fā)平臺通常用普通的PC機充當。它可以通過(guò)串行端口、并行端口和以太網(wǎng)等方式與目標平臺相連，從而共同構成一個(gè)嵌入式系統的基本開(kāi)發(fā)環(huán)境。對于嵌入式Linux系統來(lái)說(shuō)，最簡(jiǎn)單的開(kāi)發(fā)環(huán)境只需要用到宿主機、目標板和串行連接線(xiàn)。它們之間的連接如圖2所示。

圖2 最簡(jiǎn)單的開(kāi)發(fā)環(huán)境