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基于MPC8250的嵌入式Linux系统开发

作者:褚文奎,樊晓光,黄培成  时间:2006-10-24 00:33  来源:
摘要:介绍了嵌入式PowerPC处理器芯片MPC8250的主要特征。借助于denx软件中心提供的ELDK3.0开发套件,着重阐述了如何在PowerPC处理器(以MPC8250为例)上开发嵌入式Linux系统,主要包括编译环境开发、目标系统配置、调试环境建立、系统引导模块U-BOOT 修改、内核裁减与移植以及文件系统分类等。Linux系统对于PowerPC处理器具有良好的支持性能。基于PowerPC处理器的嵌入式Linux系统提供了一个小体积、低功耗、具有丰富接口的开发平台,为整个飞机维修系统的开发打下了一个坚实的基础。

关键词:PowerPC处理器;MPC8250;嵌入式系统;linux;U-Boot

引言

我们开发了某型飞机外场维护系统的一个网络终端通讯平台,其硬件核心采用Motorola公司的嵌入式PowerPC处理器MPC8250,软件方面采用嵌入式linux作为操作系统,实现了飞机外场维护与飞机故障诊断系统的安全、快速通信。这个系统平台具有体积小、功耗低、性能高等特点。

MPC8250构架与系统硬件平台简介

PowerPC是Linux较早开始支持的处理器之一。PowerPC处理器芯片MPC8250基于PowerQUICC(Quad Integrated CommunicationsController)II 结构,是面向高性能、低功耗、小体积的通信设备而开发的处理器。其内部集成了一个高性能嵌入式G2 内核、一个灵活的系统集成单元SIU和许多控制领域的常用外围通信组件(组成通信处理模块CPM,CommunicationsProcessor Module),可用于许多方面,尤其是在通讯和网络系统方面。G2内核频率在150-200MHz之间,CPM、PCI最高频率为133MHz,外部频率为66MHz,可同时处理高达128个全双工时分复用逻辑通道。

根据目标系统的不同,系统硬件平台可以引出所需的MPC8250的外部通讯接口。我们的系统提供了8M的flash用于存放内核镜像文件、文件系统、应用程序和备份数据,64MSDRAM用作内存,521KB 的flash用于存放启动代码,此外还有RS232串口、10/100M以太网口以及JTAG支持等。

基于MPC8250的嵌入式linux系统开发

编译环境的定制
通常主机与目标板的CPU都不相同,需要进行交叉编译。能够进行交叉编译的工具很多,一般使用GNU C,它包括gcc、g++编译器,glibc、newlib 等C库,binutils 以及其他一系列开发工具。不同的开发平台需要不同的交叉编译工具。这里我们选择德国denx软件中心提供的一套用于PowerPC嵌入式linux移植的开发编译环境ELDK3.0(Embedded LinuxDevelopmentKit)。

在主机上安装完毕后,修改bash_profile配置文件的路径和交叉编译环境,具体如下:

PATH=$PATH:$HOME /bin:/opt/afeu/usr/bin:/opt/afeu/bin:/usr/bin
CROSS_COMPILE=ppc_82xx
EXPORT PATH CROSS_COMPILE

目标系统资源分配
嵌入式linux系统一般没有硬盘设备,存储空间十分有限。这就要求在Linux移植之前,需要对系统硬件地址精心分配,充分合理地利用。根据前面介绍的系统硬件平台,这里给出目标设备的地址分配,如表1所示。

表1 目标设备的地址分配


调试环境的建立
在嵌入式系统中一般没有显示器等输出设备,不利于在目标系统上进行调试。为了调试目标系统,我们通过JTAG仿真器BDI2000来跟踪调试目标机上的代码。其调试环境如图1所示。


图1 系统调试环境

其中网卡1#和目标机直接相连,用来下载内核镜像,NFS文件共享等。网卡2#连接到BDI2000上,再通过JTAG口连接到目标机上。串口用于命令传输、接收返回信息等。

Linux系统引导模块U-BOOT
U-BOOT是denx软件中心依照GPL(General PubliCLicense)发布的系统引导模块,支持多种处理器,如ARM系列、PowerPC系列、MIPS 系列、X86系列等。编译U-BOOT-1.1.0后生成可执行文件,然后根据自己的目标系统修改编辑U-BOOT包下的文件,进行移植(这里需要说明的是,由于找不到MPC8250的支持包,而它和TQM8260内核相差不大,所以下面采用8260ads 的支持包,同样兼容)如:

修改目标系统配置文件./include/configs/MPC8260ADS.h中的寄存器值、SDRAM 控制器参数、串口参数等;

修改目标板定义文件./board/mpc8260ads/mpc8260ads.C中的I/O 端口定义;

修改BCSR 等;

U-Boot在引导Linux内核启动时,向内核传递了一个命令行,内核根据这个命令行的参数来对系统进行相应设置。在linux内核启动时,必须要挂载一个根文件系统。根文件系统可以通过网络文件系统NFS 和本地文件系统LFS两种方式提供。

(1)通过NFS引导Linux系统
通过NFS 引导Linux,其bootargs设置如下:
(2)通过LFS引导Linux系统
通过LFS引导linux,可将bootargs设置如下:
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

内核裁减与移植
(1)Linux内核裁减:嵌入式系统存储单元十分有限,精简内核显得尤为重要。内核裁减主要是去掉无用模块,增加所需模块,使之更符合目标系统。这主要包括平台类型(platformsupport)的选择,我们选择TQM8260;Memory Technology Device(MTD)选择内核对MTD和Flash的支持;Networking options选择内核对网络的支持;file systems 选择内核对文件系统的支持;MPC8260CPMoptions用于配置目标系统的一些通信设备。

裁减完内核后需要对其重新进行编译,方法与通用linux编译基本无异,限于篇幅,不再赘述。

(2)Linux内核移植:内核移植源码主要分部在Linux/include/arch/ppC下。根据目标系统,对与_res 变量相关的参数进行调试跟踪修改,其修改的关键代码如下:

对于arch/ppc/8260_io/commproc.c,改宏定义为:#defineBRG_INT_CLK(16 * 1000000);

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

在arch/ppc/kernel/m8260_setup.C中设置总线频率:bininfo->bi_busfreq=66;

设置arch/ppc/kernel/m8260_setup.C中的系统重启地址为:
startaddr=0xeff00100;

此外,还需要修改MTD 设置,主要是修改drivers/mtd/maps/tqm8260.c文件中的分区定义(和目标系统地址分配有关)和目标系统的Flash 的配置,使其满足自己系统的要求。关于8M Flash的分区会在文件系统中叙述。

修改完内核源码,反复调试无误后,镜像内核文件,并使用U-BOOT通过tftp将内核镜像文件下载到目标板上。重新引导后,目标板linux即可成功启动。

文件系统
(1)文件系统的分类:根据物理位置文件系统一般可分为网络文件系统NFS和本地文件系统LFS。NFS 对于目标系统的要求一般不大,只需要提供网络接口传送文件;而LFS 对目标系统却要求苛刻,一般需要大容量的flash。在嵌入式系统中,NFS主要用来对LFS 进行调整,即先在主机上将文件系统做好,通过NFS 挂载,调试用户系统。通过NFS 和LFS两种方式引导linux系统的方法前面已有介绍,这里不再赘述。

Linux支持的文件系统格式主要有CRAMFS(CompressedROMFile System)和JFFS(Journalling Flash File System)。其中前者是只读的,在启动时装载较快,可用来存储动态连接库、应用程序、初始化脚本等;后者可进行读写操作,其第2个版本即JFFS2,还较好地解决了诸如Flash 的空间、使用寿命和垃圾回收问题。

(2)Flash分区:基于对CRAMFS和JFFS两种文件系统的上述分析,可以将flash划分为只读区和可读写区,这既有利于linux系统的正常启动,又利于文件的数据保护。其分区如表2所示。

EDLK3.0提供的文件系统较大,而且很多对目标系统都没有用,需要对其进一步进行裁减。裁减之后需要完善文件系统,以最大可能地符合目标系统。最后需要将裁减完善后的文件系统挂载为根文件系统。

表2 flash 空间分配

结论

基于PowerPC处理器MPC8250嵌入式linux系统充分发挥了linux对网络和MPC8250等设备的强大支持功能。与传统的人工查阅故障诊断手册相比,该系统可与飞机故障诊断系统进行实时通讯,有利于故障的快速查询、维修方案的快速选定。

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