基于MPC8250的嵌入式Linux系統開(kāi)發(fā)

　　我們開(kāi)發(fā)了某型飛機外場(chǎng)維護系統的一個(gè)網(wǎng)絡(luò )終端通訊平臺，其硬件核心采用Motorola公司的嵌入式PowerPC處理器MPC8250，軟件方面采用嵌入式linux作為操作系統，實(shí)現了飛機外場(chǎng)維護與飛機故障診斷系統的安全、快速通信。這個(gè)系統平臺具有體積小、功耗低、性能高等特點(diǎn)。

MPC8250構架與系統硬件平臺簡(jiǎn)介

　　PowerPC是Linux較早開(kāi)始支持的處理器之一。PowerPC處理器芯片MPC8250基于PowerQUICC(Quad Integrated CommunicationsController)II 結構，是面向高性能、低功耗、小體積的通信設備而開(kāi)發(fā)的處理器。其內部集成了一個(gè)高性能嵌入式G2 內核、一個(gè)靈活的系統集成單元SIU和許多控制領(lǐng)域的常用外圍通信組件(組成通信處理模塊CPM，CommunicationsProcessor Module)，可用于許多方面，尤其是在通訊和網(wǎng)絡(luò )系統方面。G2內核頻率在150-200MHz之間，CPM、PCI最高頻率為133MHz，外部頻率為66MHz，可同時(shí)處理高達

　　根據目標系統的不同，系統硬件平臺可以引出所需的MPC8250的外部通訊接口。我們的系統提供了8M的flash用于存放內核鏡像文件、文件系統、應用程序和備份數據，64MSDRAM用作內存，521KB 的flash用于存放啟動(dòng)代碼，此外還有RS232串口、10/100M以太網(wǎng)口以及JTAG支持等。

基于MPC8250的嵌入式linux系統開(kāi)發(fā)

編譯環(huán)境的定制

　　通常主機與目標板的CPU都不相同，需要進(jìn)行交叉編譯。能夠進(jìn)行交叉編譯的工具很多，一般使用GNU C，它包括gcc、g++編譯器，glibc、newlib 等C庫，binutils 以及其他一系列開(kāi)發(fā)工具。不同的開(kāi)發(fā)平臺需要不同的交叉編譯工具。這里我們選擇德國denx軟件中心提供的一套用于PowerPC嵌入式linux移植的開(kāi)發(fā)編譯環(huán)境ELDK3.0(Embedded LinuxDevelopmentKit)。

　　在主機上安裝完畢后，修改bash_profile配置文件的路徑和交叉編譯環(huán)境，具體如下：

　　PATH=$PATH：$HOME /bin：/opt/afeu/usr/bin：/opt/afeu/bin：/usr/bin

　　CROSS_COMPILE=ppc_82xx

　　EXPORT PATH CROSS_COMPILE

目標系統資源分配

　　嵌入式linux系統一般沒(méi)有硬盤(pán)設備，存儲空間十分有限。這就要求在Linux移植之前，需要對系統硬件地址精心分配，充分合理地利用。根據前面介紹的系統硬件平臺，這里給出目標設備的地址分配，如表1所示。

表1 目標設備的地址分配

調試環(huán)境的建立

　　在嵌入式系統中一般沒(méi)有顯示器等輸出設備，不利于在目標系統上進(jìn)行調試。為了調試目標系統，我們通過(guò)JTAG仿真器BDI2000來(lái)跟蹤調試目標機上的代碼。其調試環(huán)境如圖1所示。

圖1 系統調試環(huán)境

　　其中網(wǎng)卡1＃和目標機直接相連，用來(lái)下載內核鏡像，NFS文件共享等。網(wǎng)卡2＃連接到BDI2000上，再通過(guò)JTAG口連接到目標機上。串口用于命令傳輸、接收返回信息等。

Linux系統引導模塊U-Boot

　　U-BOOT是denx軟件中心依照GPL(General PubliCLicense)發(fā)布的系統引導模塊，支持多種處理器，如ARM系列、PowerPC系列、MIPS 系列、X86系列等。編譯U-BOOT-1.1.0后生成可執行文件，然后根據自己的目標系統修改編輯U-BOOT包下的文件，進(jìn)行移植(這里需要說(shuō)明的是，由于找不到MPC8250的支持包，而它和TQM8260內核相差不大，所以下面采用8260ads 的支持包，同樣兼容)如：

　　修改目標系統配置文件./include/configs/MPC8260ADS.h中的寄存器值、SDRAM 控制器參數、串口參數等；

　　修改目標板定義文件./board/mpc8260ads/mpc8260ads.C中的I/O 端口定義；

　　修改BCSR 等；

　　U-Boot在引導Linux內核啟動(dòng)時(shí)，向內核傳遞了一個(gè)命令行，內核根據這個(gè)命令行的參數來(lái)對系統進(jìn)行相應設置。在linux內核啟動(dòng)時(shí)，必須要掛載一個(gè)根文件系統。根文件系統可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )文件系統NFS 和本地文件系統LFS兩種方式提供。

　　(1)通過(guò)NFS引導Linux系統

　　通過(guò)NFS 引導Linux，其bootargs設置如下：


(2)通過(guò)LFS引導linux系統

　　通過(guò)LFS引導linux，可將bootargs設置如下：

　　setenv bootargs root="/dev/mtdblock1" rw

　　ip=24.86.246.216： 24.86.246.100： 24.86.246.100： 255.255. 255.0：afeu： eth1： off

內核裁減與移植

　　(1)Linux內核裁減：嵌入式系統存儲單元十分有限，精簡(jiǎn)內核顯得尤為重要。內核裁減主要是去掉無(wú)用模塊，增加所需模塊，使之更符合目標系統。這主要包括平臺類(lèi)型(platformsupport)的選擇，我們選擇TQM8260；Memory Technology Device(MTD)選擇內核對MTD和Flash的支持；Networking options選擇內核對網(wǎng)絡(luò )的支持；file systems 選擇內核對文件系統的支持；MPC8260CPMoptions用于配置目標系統的一些通信設備。

　　裁減完內核后需要對其重新進(jìn)行編譯，方法與通用linux編譯基本無(wú)異，限于篇幅，不再贅述。

　　(2)Linux內核移植：內核移植源碼主要分部在Linux/include/arch/ppC下。根據目標系統，對與_res 變量相關(guān)的參數進(jìn)行調試跟蹤修改，其修改的關(guān)鍵代碼如下：

　　對于arch/ppc/8260_io/commproc.c，改宏定義為：#defineBRG_INT_CLK(16 * 1000000)；

　　在arch/ppc/8260_io/uart.C中設置波特率：bd->bi_baudrate=9600；

　　在arch/ppc/kernel/m8260_setup.C中設置總線(xiàn)頻率：bininfo->bi_busfreq=66；

　　設置arch/ppc/kernel/m8260_setup.C中的系統重啟地址為：

　　startaddr=0xeff00100；

　　此外，還需要修改MTD 設置，主要是修改drivers/mtd/maps/tqm8260.c文件中的分區定義(和目標系統地址分配有關(guān))和目標系統的Flash 的配置，使其滿(mǎn)足自己系統的要求。關(guān)于8M Flash的分區會(huì )在文件系統中敘述。

　　修改完內核源碼，反復調試無(wú)誤后，鏡像內核文件，并使用U-Boot通過(guò)tftp將內核鏡像文件下載到目標板上。重新引導后，目標板linux即可成功啟動(dòng)。

文件系統

　　(1)文件系統的分類(lèi)：根據物理位置文件系統一般可分為網(wǎng)絡(luò )文件系統NFS和本地文件系統LFS。NFS 對于目標系統

　　Linux支持的文件系統格式主要有CRAMFS(CompressedROMFile System)和JFFS(Journalling Flash File System)。其中前者是只讀的，在啟動(dòng)時(shí)裝載較快，可用來(lái)存儲動(dòng)態(tài)連接庫、應用程序、初始化腳本等；后者可進(jìn)行讀寫(xiě)操作，其第2個(gè)版本即JFFS2，還較好地解決了諸如Flash 的空間、使用壽命和垃圾回收問(wèn)題。

　　(2)Flash分區：基于對CRAMFS和JFFS兩種文件系統的上述分析，可以將flash劃分為只讀區和可讀寫(xiě)區，這既有利于linux系統的正常啟動(dòng)，又利于文件的數據保護。其分區如表2所示。

　　EDLK3.0提供的文件系統較大，而且很多對目標系統都沒(méi)有用，需要對其進(jìn)一步進(jìn)行裁減。裁減之后需要完善文件系統，以最大可能地符合目標系統。最后需要將裁減完善后的文件系統掛載為根文件系統。

表2 flash 空間分配

結 論

　　基于PowerPC處理器MPC8250嵌入式linux系統充分發(fā)揮了linux對網(wǎng)絡(luò )和MPC8250等設備的強大支持功能。與傳統的人工查閱故障診斷手冊相比，該系統可與飛機故障診斷系統進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，有利于故障的快速查詢(xún)、維修方案的快速選定。