Linux如何運行于8位AVR微控制器？

更新記錄2

太平洋夏令時(shí)（PDT），2012年4月3日凌晨1點(diǎn)：上傳了新的源代碼存檔；使用內存的FPM（Fast Page Mode，快頁(yè)模式）模式和修改后的i-cache（指令緩存）配置文件加快了仿真器頻率（6.5KHz->10KHz）；更新了移植指南，包括內核鏡像、新的更小的ramdisk（虛擬磁盤(pán)）和新的完整鏡像。

更新記錄1

太平洋夏令時(shí)（PDT），2012年3月29日晚19點(diǎn)：上傳了新的源代碼存檔；修改了Makefile，并且現在包含了一個(gè)移植指南，它可以幫助您將它移植到其他的開(kāi)發(fā)板或CPU中。

簡(jiǎn)介

我們經(jīng)?？梢钥吹匠鯇W(xué)者在微控制器論壇中詢(xún)問(wèn)他們是否可以在他們微不足道的小的8位微機中運行Linux。這些問(wèn)題的結果通常是帶來(lái)笑聲。我們也經(jīng)?？吹?，在Linux論壇中，詢(xún)問(wèn)Linux運行的最低要求是什么。常見(jiàn)的答案是Linux需要一個(gè)32位架構和一個(gè)MMU（存儲器管理單元），并至少1MB的RAM來(lái)滿(mǎn)足內核的需求。本項旨在（并且成功）粉碎這些概念。下圖中您所看到的開(kāi)發(fā)板基于A(yíng)Tmega1284P。我還制作了一塊基于A(yíng)Tmega644a的開(kāi)發(fā)板，也同樣獲得了成功。該開(kāi)發(fā)板沒(méi)有使用其他處理器，啟動(dòng)Linux 2.6.34內核。事實(shí)上，它甚至可以運行一個(gè)完整的Ubuntu棧，包括X（如果你有時(shí)間等它啟動(dòng)）和gnome。

RAM（隨即存取存儲器）

是的，沒(méi)錯，完整的Linux安裝需要數兆字節的RAM和32位帶有MMU的CPU。本項目擁有這一切。首先，讓我們訪(fǎng)問(wèn)RAM。正如您所看到的，在電路中有一塊古董級的30引腳SIMM內存模塊。這些是基于80286的PC曾經(jīng)使用的。它通過(guò)接口和ATmega連接，我寫(xiě)代碼來(lái)訪(fǎng)問(wèn)它并按照規格刷新它（SDRAM需要恒定速率刷新以避免丟失數據）。它到底有多快呢？刷新中斷每62ms發(fā)生一次，占用時(shí)間1.5ms，因此占用3%以下的CPU。訪(fǎng)問(wèn)RAM，為了便于編程，一次訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)字節。這樣產(chǎn)生的最大帶寬約為300KBps。

存儲

對于RAM需要工作在休眠狀態(tài)，我們有兩件事要處理。存儲并不是太難解決的問(wèn)題。使用SPI可以十分容易的與SD卡交互，我的項目中做到了這一點(diǎn)。一個(gè)1GB的SD卡可以工作的很好，雖然512MB就已經(jīng)滿(mǎn)足這一特殊的文件系統（Ubuntu Jaunty）。ATmega擁有一個(gè)硬件SPI模塊，但無(wú)論出于何種原因，它工作的不是十分順暢，因此我將這個(gè)接口進(jìn)行位拆裂。它仍然足夠塊——大約200KBps。這對項目來(lái)說(shuō)還非常有意義——它能夠在有足夠管腳的任何微控制器上實(shí)現，而不用使用其他硬件模塊。

CPU（中央處理單元）

所有剩下的就是那個(gè)32位CPU和MMU需求。不過(guò)AVR沒(méi)有MMU，并且它是8位的。為了克服這一困難，我編寫(xiě)了一款ARM仿真器。ARM是我最熟悉的架構，并且它足夠簡(jiǎn)單，可以讓我很舒服的為它編寫(xiě)出一個(gè)仿真器。為什么要編寫(xiě)一個(gè)，而不是移植一個(gè)呢？好吧，移植別人的代碼是沒(méi)有樂(lè )趣的，再加上我看到?jīng)]有將仿真器輕松移植到8位設備上的書(shū)面資料。原因之一：AVR編譯器堅持16位處理整數將會(huì )給你帶來(lái)麻煩，如簡(jiǎn)單的“（120）”，產(chǎn)生0。你需要用“1UL20”。不必要的說(shuō)，困擾其他人的未知基本代碼尋遍所有的地方，整數都被假定并將會(huì )失敗，這將是一個(gè)災難。另外，我想用這個(gè)機會(huì )編寫(xiě)一款很好的模塊化ARM仿真器。所以我付諸行動(dòng)。

其他功能

電路板通過(guò)一個(gè)串行端口和真實(shí)世界進(jìn)行通信。目前，它通過(guò)串行端口連接到我PC運行的minicom上，但是它可測的替代連接是連接到電路上的一個(gè)鍵盤(pán)和一個(gè)字符LCD，可以使其完全獨立。電路板上還有兩個(gè)LED。它們指示SD卡的訪(fǎng)問(wèn)情況。一個(gè)代表讀操作，一個(gè)代表寫(xiě)操作。電路板上還有一個(gè)按鈕。當按下并按住1秒時(shí)它將使串行端口脫離仿真的CPU的當前有效速度。AVR的主頻是24MHz（超過(guò)原有20MHz的輕微超頻）。