基于32位RISC處理器SoC平臺的Linux操作系統實(shí)現

引言

智原科技的fie8100 soc平臺是一種低功耗、便攜式視頻相關(guān)應用開(kāi)發(fā)soc平臺，也可用于基于fa526 cpu的soc設計驗證。

基于fa526的linux軟件開(kāi)發(fā)套件，開(kāi)發(fā)人員可將linux一2．4．19軟件環(huán)境在fie8100平臺上安裝實(shí)現，并完成對平臺上所有ip的驅動(dòng)程序安裝和對fa526的內部調試。

fa526介紹

fa526是一顆有著(zhù)廣泛用途的32位risc處理器。它包括一個(gè)同步cpu內核(core)、獨立的指令／數據緩存(cache)、獨立的指令／數據暫存器(scratchpads)、一個(gè)寫(xiě)緩存(write buffer)、一個(gè)內存管理單元(memory management unit)和jtag在線(xiàn)仿真(ice)接口。cpu內核是6級流水線(xiàn)(pipeline)的哈佛(harvard)結構，包括取指令(fetch)、解碼(decode)、搬移(shift)、執行(execution)、數據訪(fǎng)存(memory)、寫(xiě)回(write)等。為了提高整體性能，fa526 cpu還包含了一個(gè)分支運算緩存(branch target buffer：btb)，故可減少分支運算的開(kāi)銷(xiāo)(penalties)。

fa526 cpu內核的指令是兼容arm v4的結構，并使用amba ahb接口與外部設備進(jìn)行通訊。因此，fa526 cpu有著(zhù)廣泛的應用領(lǐng)域，特別是針對那些需要高性能和低功耗的應用。fa526 cpu內核采用完全同步方式。其基于單相時(shí)鐘(single-phase clock)的結構可以很容易集成開(kāi)發(fā)系統級芯片(system on chip：soc)。fa526 cpu內核的方框圖如圖1所示。

fie8100 soc平臺介紹

fie8100 soc平臺的系統架構如圖2所示。它提供有多種外設接口。其內部的高性能處理器內核和功耗管理功能特別適合mpeg一4和jpeg的市場(chǎng)需求。目前，智原的mpeg4／jpeg圖codec所支持的格式為simple profile version 3．1，其中包含xvid編碼和一部分的divx編碼。

fie8100 soc平臺包含有非常豐富的功能模塊以支持多種應用。包括fa526(32bit risc cpu)、mpeg-4／jpeg編解碼引擎、usb2．0設備控制器、usb2．0phy(物理層)、lcd控制器、dma控制器、tv encoder(解碼器)、capture(視頻捕捉器)和amba總線(xiàn)架構。為了讓用戶(hù)能將自己的ip或功能模塊順利的運行在fa526上，智原科技將ahb總線(xiàn)從cpu的引線(xiàn)中拉出，并搭配各類(lèi)接口和片外芯片，從而開(kāi)發(fā)制作了一個(gè)基于fie8100 soc的仿真平臺：mediacreative!。

受基于fa526的linux安裝

本開(kāi)發(fā)系統所需的主開(kāi)發(fā)硬件環(huán)境，一是兼容intel x86的pc，二是標準16550 uart接口。而軟件主要是linux操作系統(redhat 7．3～8．0或更高版本)和fa526一linux軟件包。而通用平臺系統所需的器件，主要是一片mediacreative!（含fie8100／fwab326aa芯片)和一片64 mb sdram及32 mb flash。

通過(guò)fa526一linux可以將linux-2．4．19軟件環(huán)境在faraday fa526處理器和外設ip上進(jìn)行安裝。

fa526一linux軟件包通常以"arm-linux一20050429．tgz"打包文件并遞交(此程序發(fā)布于april 29，2005)表1所列是安裝linux所需的硬盤(pán)空間大小。

安裝fa526一linux軟件包的具體流程如下：

(1)拷貝文件arm-linux一20050429．tgz至目錄／usr／src：

#cp arm-linux一20050429．tgz／usr／src

(2)解包文件"arm-linux一20050429．tgz"：

#cd／usr／src

#tar zxvf arm-linux一20050429．tgz

(3)安裝toolchain(gcc一2．95．3，binutils一2．11．2，glibc一2．2．3)至目錄／usr／local：

#cp／usr／src／arm-linux／toolchain／arm-linux-toolchain．tgz／usr／local/

#cd／usr／local

#tar zxvf arm-linux-toolchain．tgz

#rm-f arm-linux-toolchain．tgz

此步驟將在目錄／usr/local／arm解壓gcc一2．95．3，binutils一2．11．2和glibc一2．2．3的輸出文件。

(4)添加gcc執行路徑shell環(huán)境。

可執行以下命令來(lái)添加路徑：

#export path=$path：／usr／local／arm／2．95.3／bin

在完成以上四個(gè)安裝步驟后，就可以在自己的系統下解壓打包文件(如arm-linux20050429．tgz)，之后，系統會(huì )自動(dòng)生成一組目錄。表2列出了這些源目錄的定義。用戶(hù)的應用程序包含在目錄／usr／src／arm-linux／user／下，而客戶(hù)定制的ram-disk則包含在目錄／usr／src／arm-linux／images／下。

fa526-linux的構建和開(kāi)發(fā)

在嵌入式系統里配置和構建fa526一linux內核時(shí)，如果fa526的linux內核子目錄路徑為：／usr／src／arm-linux／arm-linux一2．4．19／，那么，fa526一linux目錄的結構將和標準linux內核一樣，其版本為2．4．19。表3列出了linux內核子目錄的內容。

內核構建

為fa526架構生成內核映像時(shí)，必須先對內核進(jìn)行配置，配置文件路徑為／．config。

通常，用戶(hù)可能為了一些如下的因素要求重新配置fa526一linux，具體方法為：

(1)定制處理器和板子的功能：修改uart時(shí)鐘、系統時(shí)鐘等。

(2)定制硬件設備：添加或刪除某些特殊設備。

(3)定制內核功能：添加或刪除一個(gè)內核的功能(如網(wǎng)絡(luò )支持)。

linux內核配置為配置這些可選項目提供了兩種常用方式：一是使用菜單顯示來(lái)選擇項目(#make menuconfig)；二是使用gui顯示來(lái)選擇項目(#make xconfig)。

圖3則是針對fa526和cpe開(kāi)發(fā)板的fa526一linux的menuconfig介面。

fa526系統中的主要選項有以下幾種：

(cpe)arm system type，默認值選是中cpe開(kāi)發(fā)板來(lái)支持faraday cpe(common platform environment)。

[*]support fa526 processor，設置fa526系列處理器選項來(lái)支持fa526 cpu。

(fie8100)platform environment從a320、fie8100、fie7000中選擇平臺設定。

(44000000) system clock，fie8100的默認值是44 mhz。開(kāi)發(fā)人員應根據實(shí)際電路板設定來(lái)調整。

（22118400)uart clock．fie8100的uart時(shí)鐘是22．184 mhz。開(kāi)發(fā)人員可根據實(shí)際的電路板設定來(lái)設置uart時(shí)鐘頻率。

需要說(shuō)明的是：第一次make linux內核時(shí)，可清除所有目標文件，并重新創(chuàng )建從屬文件(dependency)。如果要修改內核的配置，則可調用"make dep"。操作步驟如下：

#make clean

#make dep(fa526一linux提供了內核腳本文件(shell-script)"mkbootp．sh"，這可以使make內核更容易。)

#．／mkbootp．sh

上述操作可創(chuàng )建名為bootplmage的最終內核映像文件(kernel image)和名為vmlinux的內核elf文件。以下操作是修改mkbootp．sh的一個(gè)例子：

(1)使用定制的ram-disk來(lái)為特殊規格的ramdisk修改"make bootpimage initrd="?？尚薷?default ram disk size"來(lái)滿(mǎn)足ramdisk的大小(見(jiàn)圖4)?？稍?block devices"配置界面里通過(guò)"make xconfig"來(lái)設置。

(2)復制輸出映像到特定目錄：

在mkbootp．sh檔案上修改"cp"這一行以符合需求。

mkbootp．sh的內容是：

"make hootpimage initrd=／usr／src／arm-linux／images／ramdisk．gz

"cp arch／arm／boot／bootpimage／tftpboot／mbootpimage"

建立armboot

fa526一linux使用armb00t來(lái)裝載操作系統。fa526的armboot使用一個(gè)名為"faraday．h"的配置文件來(lái)配置各種不同的硬件環(huán)境。此文件被放在／usr／src／arm-linux／armboot一1．1．o／faraday．h。其可修改的內容和值包括(通常不需要改動(dòng))：

修改系統時(shí)鐘。對于mediacreative!平臺，它的默認值是44 mhz。

修改uart時(shí)鐘。對于mediacreative!平臺，應為22．1184 mhz。

修改flash塊號。對于mediacreative!平臺，flash的塊號是1。

修改好mac和ip后，就可以通過(guò)以下命令來(lái)建立armboot：

#cd／usr／src／arm-linux／armboot-1．1．0

#make

此時(shí)，系統會(huì )在目錄里自動(dòng)生成"armboot．bin"文件。此后便可根據這個(gè)指令將armboot燒人到fie8100的flash器件里，并編寫(xiě)特定鏡像文件armboot．bin至flash地址0x80400000。

通過(guò)armboot啟動(dòng)fa526 linux

在開(kāi)發(fā)階段的好多部分，開(kāi)發(fā)人員必須要做前期規劃來(lái)修改或下載代碼直到得到想要的結果。在這樣的情況下，需要armboot來(lái)下載和運行代碼的具體步驟如下：

(1)在linux主機上設置trip服務(wù)器，并設置／etc／xinetd．d／tftp。

(2)在此狀態(tài)下使用linux making shell(mkbootp．sh)編譯代碼，并生成linux代碼至目錄／tftpboot．要運行linux代碼，需按以下步驟執行：

重啟fie8100開(kāi)發(fā)板(mediacreative!)。

選擇"90) go armb00t"。

確認linux-host和f1e8100的ip地址是正確的，（printenv)。

輸入命令：tftp ox2000000 mbootplmage，以下載代碼。

通過(guò)命令"go ox2000000"啟動(dòng)linux，直至出現linux啟動(dòng)信息。

linux的使用

在完成以上操作后，armboot就可燒入在mediacreative!開(kāi)發(fā)板上的flash里。以后，要通過(guò)armboot來(lái)運行linux操作系統以對fie8100平臺進(jìn)行開(kāi)發(fā)驗證，可執行以下操作：

(1)開(kāi)啟mediacreative!開(kāi)發(fā)板，運行"mpeg4 burnin"，使系統出現linux運行選項；

(2)鍵入"空格"鍵，進(jìn)入linux操作系統。

結束語(yǔ)

以上通過(guò)智源科技的fie8100 soc平臺的設計使用，介紹了兼容arm v4指令集的32位risc處理器和該soc平臺的linux操作系統，它具有低功耗、便攜帶的優(yōu)點(diǎn)、開(kāi)發(fā)人員可將linux--2.4.19軟件在fie8100的平臺上安裝實(shí)現，并進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和驗證。