ARM嵌入式系統軟件實(shí)時(shí)時(shí)鐘的設計

1 引言
現在的許多設備對實(shí)時(shí)時(shí)鐘都有很高的要求，在片集成的實(shí)時(shí)時(shí)鐘往往只注意到了其使用的方便，而沒(méi)有考慮在實(shí)際應用中還有很多特殊的要求。本文討論如何使用獨立的外擴實(shí)時(shí)時(shí)鐘，來(lái)滿(mǎn)足這些要求。
什么是實(shí)時(shí)系統？就是系統運行時(shí)的反饋信息或者指令，必須在要求的時(shí)間內發(fā)出或者返回，否則視為無(wú)效。例如，數據采集的時(shí)候，必須在對應的時(shí)間內得到信號，以保證數據采集的有效性。那么什么是實(shí)時(shí)時(shí)鐘？就是采用獨立的晶振（或集成），擁有獨立供電系統，永不間斷的運行，從而給系統提供可靠的系統時(shí)間。
集成的實(shí)時(shí)時(shí)鐘和獨立實(shí)時(shí)時(shí)鐘的比較：
以博創(chuàng )UP-NETARM3000開(kāi)發(fā)板為例，它使用的是三星公司生產(chǎn)的S3C44B0XARM７處理器，該處理器內部集成了一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘，其中的2個(gè)中斷源INT_RTC和INT_ADC中斷源在26個(gè)中斷源中優(yōu)先級最低。RTC的電壓要求2.5V或3V，但是不支持3.3V。也就是說(shuō)開(kāi)發(fā)板上的實(shí)時(shí)時(shí)鐘不能脫離開(kāi)發(fā)板獨立地運行，同時(shí)中斷級別低，電壓范圍窄，精度不可調，不具備通用性。而外擴的獨立實(shí)時(shí)時(shí)鐘電壓范圍寬，使用I2C總線(xiàn)，中斷級別高，同時(shí)獨立于開(kāi)發(fā)板運行，通用性好。特別是精度是可以矯正調節的，這對實(shí)時(shí)性來(lái)說(shuō)精度是很重要的指標。

2 ARM處理器
ARM(Advanced RISC Machines)是一類(lèi)微處理器的通稱(chēng)[1]。1991年ARM公司成立于英國劍橋,主要出售芯片設計技術(shù)的授權。ARM現在已遍及工業(yè)控制，消費類(lèi)電子產(chǎn)品,通信系統，網(wǎng)絡(luò )系統,無(wú)線(xiàn)系統等各類(lèi)產(chǎn)品市場(chǎng)，基于A(yíng)RM技術(shù)的微處理器應用占據了32位RISC微處理器75%以上的市場(chǎng)比例，ARM 技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面。

3 PCF8563
PCF8563是PHILIPS公司生產(chǎn)的低功耗CMOS實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷芯片, 芯片最大總線(xiàn)速度為400kbits/s,每次讀寫(xiě)數據后,其內嵌的字地址寄存器會(huì )自動(dòng)產(chǎn)生增量。PCF8563可廣泛應用于移動(dòng)電話(huà)、便攜儀器、傳真機、電池電源等產(chǎn)品中。PCF8563有16個(gè)8位寄存器,其中包括:可自動(dòng)增量的地址寄存器、內置32.768kHz的振蕩器(帶有一個(gè)內部集成電容)、分頻器(用于給實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC提供源時(shí)鐘)、可編程時(shí)鐘輸出、定時(shí)器、報警器、掉電檢測器和400kHz的I2C總線(xiàn)接口。所有16個(gè)寄存器設計成可尋址的8位并行寄存器,但不是所有位都有用。當一個(gè)RTC寄存器被讀時(shí),所有計數器的內容將被鎖存,因此,在傳送條件下,可以禁止對時(shí)鐘/日歷芯片的錯讀。同時(shí)它還擁有PHILIPS的優(yōu)良品質(zhì)，在3V電壓，25攝氏度下，功耗為250nA，非常低。本文選用PCF8563來(lái)外擴實(shí)時(shí)時(shí)鐘，其硬件連接示意圖如圖1所示：

圖1 PCF8563與S3C44B0X的連接圖

4 I2C總線(xiàn)
在現代電子系統中，有為數眾多的IC需要進(jìn)行相互之間以及與外界的通信。為了提供硬件的效率和簡(jiǎn)化電路的設計，PHILIPS開(kāi)發(fā)了一種用于內部IC控制的簡(jiǎn)單的雙向兩線(xiàn)串行總線(xiàn)I2C(Inter IC總線(xiàn))。I2C總線(xiàn)支持任何一種IC制造工藝。作為一個(gè)專(zhuān)利的控制總線(xiàn)，I2C已經(jīng)成為世界性的工業(yè)標準[2]。

5 uclinux系統[3]
uClinux是微控制器領(lǐng)域中的Linux系統。它通常用于具有很少內存或Flash的嵌入式操作系統。在GNU通用許可證的保證下,運行micro;Clinux操作系統的用戶(hù)可以使用幾乎所有的Linux API函數。它具有體積小、穩定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò )功能、完備的對各種文件系統的支持，以及豐富的API函數等優(yōu)點(diǎn)。uClinux除了不能實(shí)現fork()外，其余uClinux的API函數與標準Linux完全相同。
①.uClinux的內核加載方式
uClinux的內核有兩種可選的運行方式：可以在flash上直接運行，也可以加載到內存中運行。Flash運行方式：把內核的可執行映象燒寫(xiě)到flash上，系統啟動(dòng)時(shí)從flash的某個(gè)地址開(kāi)始逐句執行。內核加載方式：把內核的壓縮文件存放在flash上，系統啟動(dòng)時(shí)讀取壓縮文件在內存里解壓，然后開(kāi)始執行。
②.uclinux的根（root）文件系統
uClinux系統采用romfs文件系統，這種文件系統相對于一般的ext2文件系統要求更少的空間。內核支持romfs文件系統比支持ext2文件系統需要更少的代碼，romfs文件系統相對簡(jiǎn)單，建立文件系統超級塊（superblock）需要更少的存儲空間。romfs文件系統不支持動(dòng)態(tài)擦寫(xiě)保存，對于系統需要動(dòng)態(tài)保存的數據采用虛擬ram盤(pán)的方法進(jìn)行處理（ram盤(pán)將采用ext2文件系統）。

6 uclinux在S3C44B0X上的移植[4]
BootLoader引導程序是嵌入式開(kāi)發(fā)很重要的組成部分。它是CPU 加電后第一個(gè)開(kāi)始運行的代碼，由它最終將操作系統啟動(dòng)起來(lái)并將控制權交給操作系統內核。BLOB(Boot Loader OBject)最初是由Jan-Derk Bakker和Erik Mouw為L(cháng)ART而寫(xiě)的引導代碼，由于其良好的移植性和強大的功能被移植到了很多其它機器上。BLOB遵守GNU GPL licence。BLOB功能比較強大，它可以：
①.. 初始化諸如CPU的主頻、SDRAM的控制管理、中斷、串行口等硬件；
②.. 啟動(dòng)Linux內核并提供一個(gè)RAMDISK；
③.. 通過(guò)串口下載內核或者RAMDISK到板卡上；
④.. 可以將修改過(guò)的新的內核或者RAMDISK寫(xiě)到Flash上；
⑤.. 可以重新自由設定存儲中不同的布局；
⑥.. 可以提供一個(gè)命令行接口給用戶(hù)。
Blob常用的命令有：blob、boot、xdownload、flashreload、dump、reblob、status、flash等。xdownload命令用于下載內核和根文件系統到內存中，flash命令用來(lái)把它們燒到flash中。