為了適應不同的應用場合，同時考慮到計算機系統(tǒng)的靈活性,、可伸縮性以及可裁剪性，一種以應用為中心,、以計算機技術為基礎,、軟硬件可裁剪的嵌入式操作系統(tǒng)隨之誕生。這種嵌入式系統(tǒng)能適用于對功能,、可靠性,、成本、體積,、功耗要求嚴格的應用系統(tǒng),。而在眾多嵌入式操作系統(tǒng)中，Linux以其體積小,、可裁減,、運行速度快、網絡性能優(yōu)良,、源碼公開等優(yōu)點而被廣泛采用,。特別是2.6內核版本的Linux更是在實時性能方面有了很大的提高，因此在工業(yè)控制場合得到了越來越多的重視和應用,。

 

　　本文正是在這一背景下,，為基于S3C2410的嵌入式平臺(擴充了多種外圍設備，包括：LCD,、A／D,、網絡芯片等等)構建出一個基于Linux2.6.16內核的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺，以滿足風力發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)的需求,。

　　1系統(tǒng)構架

 

　　本系統(tǒng)的硬件平臺是以32位高性能嵌入式處理器S3C2410A作為系統(tǒng)的CPU,，其工作頻率最高為203 MHz，具有強大的處理能力,。另外,，還擴展有多種外圍設備，如：分辨率為640×480的26萬色TFT液晶顯示屏,、串口,、USB口,、網口、64MB Flash,、64MB SDRAM等等,。可以充分滿足風力發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)的需求,。

 

　　本硬件平臺的軟件構架主要分為以下幾個部分：BSP層,、操作系統(tǒng)層以及應用層，圖1所示是其軟件構架圖,。本系統(tǒng)的硬件平臺是由嵌入式微處理器及其外圍設備所構成的,。硬件抽象層(BSP)是存儲在硬件平臺ROM或Flash上的負責與硬件底層交流的硬件驅動程序，主要負責對系統(tǒng)進行初始化,，并將收集的硬件信息傳遞到接下來運行的操作系統(tǒng)內核中去,。操作系統(tǒng)內核通過BSP來管理系統(tǒng)硬件資源，并為上層軟件提供進程調度,、內存管理,、文件系統(tǒng)、設備驅動等服務,。應用層主要負責與用戶進行交流,。

 

 

　　在完成系統(tǒng)的構架設計以后，就可以針對硬件平臺進行具體的構建了,，其工作主要包括以下幾個部分：BootLoader移植,、內核移植以及文件系統(tǒng)的建立等，其中內核移植包括網絡設備,、LCD和USB等驅動的移植,。文中針對本系統(tǒng)的設計給出了相關程序的移植。

 

　　2 BootLoader移植

 

　　BootLoader (引導加載程序)是系統(tǒng)加電后運行的第一段代碼,。這段小程序用于初始化硬件設備和建立內存空間的映射圖,，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調用操作系統(tǒng)內核準備好正確的環(huán)境,。

 

　　目前,，較流行的BootLoader主要有U-boot和Vivi等。本設計主要是以S3C2410為控制器的硬件平臺,，因此可以選用帶有網絡功能的Vivi作為系統(tǒng)的BootLoader,。作為引導程序的Vivi一般分為stage1和stage2兩大部分。stage1主要是根據CPU的體系結構進行設備初始化等工作,，通常都用短小精悍的匯編語言來實現(xiàn),，而stage2則通常用C語言來實現(xiàn)，這樣可以實現(xiàn)更加復雜的功能，且代碼會具有更好的可讀性和可移植性,。為了使Vivi更適合本系統(tǒng)的硬件平臺,，設計時需要對其進行部分修改。

 

　　(1)修改編譯器

 

　　首先要把Vivi中Makefile的有關編譯的選項指向安裝好的3.4.1版本的交叉編譯工具鏈,，將編譯所需的Linux文件夾“UNUX-INCLUDE-DIR=”指向交叉編譯器所在的文件夾“LINUX-INCLUDE-DIR=／usr／local／arm／3.4.1／include”,，并將“CROSS-COMPILE=”項修改為“CROSS-COMPILE=／usr／local／arm／3.4.1／bin／arm-linux-”。

　　(2)修改啟動參數

 

　　接著根據硬件平臺的實際情況要修改Vivi中Flash分塊情況,。本系統(tǒng)將Flash劃分成四個部分：第一部分用來存放系統(tǒng)的Vivi：第二部分用來存放Vivi以及Linux操作系統(tǒng)的啟動參數,；第三部分用來存放嵌入式Linux操作系統(tǒng)；最后一部分用來存放文件系統(tǒng),。具體的地址及塊大小分配如表1所列,。

　　修改完以上兩項就可以對Vivi進行編譯了，之后通過JTAG將生成的二進制代碼燒寫到Flash的第一部分,，即完成了Vivi的移植,。

 

　　3內核移植

 

　　內核移植和BootLoader移植一樣要根據設計的硬件平臺來進行。根據本嵌入式系統(tǒng)硬件平臺的設計,，需修改內核Makefile文件、設置Flash分區(qū),、配置與編譯內核等,，并完成網絡設備、LCD以及USB等驅動的移植,，下面簡單介紹一下針對本硬件平臺的相關移植工作,。

 

　　(1)內核編譯與移植

 

　　在交叉編譯內核之前，要先對編譯選項進行配置,。執(zhí)行“make menuconfig”指令,，進人Syetem Type選項，選擇對S3C2410系統(tǒng)板的支持,，然后配置File System和Block device,，接下來使用“make dep”指令設置依賴關系，之后便可以使用“make zImage”指令進行編譯,。編譯內核交叉編譯時間相對較長,。最終會生成一個文件zImage，這就是編譯成功后的ARM Linux內核文件,。將編譯好的內核鏡像文件寫入到Flash中,，即完成了內核的移植。

 

　　(2)網絡設備移植

 

　　系統(tǒng)中采用CS8900A作為網絡芯片,，最高支持10 Mb／s的傳輸率,，它使用S3C2410的nGCS3作為片選線，IRQ_EINT9作為外部中斷信號線。其驅動移植方法如下：

 

　　1)在linux／driver／net／arm目錄下加入芯片的驅動程序文件CS8900．h和CS8900．c：

 

　　2)在smdk2410_init函數中完成相應寄存器設置,；在CS8900_probe()函數中對S3C2410的網絡控制寄存器進行設置：加入_raw_writel(0x221ldll0,S3C2410_BWSCON),；和_raw_writel(0x1f7c,S3C2410_BANKCON3)；兩個語句,；

 

　　3)將網卡的物理地址(0x19000000)映射到vSMDK2410_ETH_IO所指向的虛擬地址上去,，即在／arch／arm／mach-S3C2410／mach-smdk2410．c文件中的smdk2410_iodesc []結構數組中添加如下內容：{vSMDK2410_ETH_IO，0x19000000,，SZ_1M,，MTl_DEVICE}；

 

　　4)配置網絡設備驅動的Makefile,、Kconfig文件,，并對頭文件做部分修改。

 

　　(3) LCD移植

 

　　在2.6.16內核中已經包含了S3C2410的LCD驅動程序,，因此,，移植的主要工作是要根據驅動程序及LCD屏的實際情況進行初始化。S3C2410自帶5個LCD控制器,，每個控制器有不同的功能,，必需對每個控制器的參數進行相應的設置才能順利地啟動LCD，這些參數包括：液晶屏類型(TFT屏或CSTN屏),、顏色位數,、垂直度、水平度,、控制信號線的極性以及液晶屏的分辨率等等,。

 

　　本系統(tǒng)采用的是SHARP 8.0英寸的TFT液晶屏。參考該液晶屏手冊,，根據實際情況設置各個寄存器的參數如表2所列,。

 

　　設置好液晶屏的參數后，再在平臺初始化函數smdk2410_devices[]_initdata中啟動液晶屏,。最后,，修改drivers／video目錄下的Kconfig和drivers／video目錄下的Makefile文件。

 

　　4文件系統(tǒng)建立

 

　　每種操作系統(tǒng)都有適合自己的文件系統(tǒng),，如：Windows一般采用或NTFS文件系統(tǒng)格式,，Linux采用EXT2或EXT3文件系統(tǒng)格式，而嵌入式Linux操作系統(tǒng)是建立在一種稱為YAFFS2(YAFF文件系統(tǒng)的改進版)的針對嵌入式Linux的文件系統(tǒng)之上,。因此可根據本系統(tǒng)的硬件平臺設計及所采用的Linux內核,。構建出YAfTS2文件系統(tǒng)，步驟如下：

 

　　(1)在內核中建立YAFFS2目錄fs／yaffs2,，并把下載的YAFFS2代碼(可以從網上下載開源的YAFFS2的源碼)復制到該目錄下面,；

 

　　(2)修改Kconfig和Makefile,，使其可以配置YAFFS2；

 

　　(3)在YAFFS2目錄中生成Makefile和Kconfig文件,；

 

　　(4)根據表1在內核中修改NAND分區(qū),；

 

　　(5)配置內核時，應選中MTD支持和YAFFS2支持,；

 

　　(6)編譯內核并將其下載到開發(fā)板的Flash中,；

 

　　(7)制作根文件系統(tǒng)下載到Flash的指定地址(地址如表1所示)。

 

　　至此,，就搭建好了風力發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)所需要的軟硬件平臺,。圖2所示是基于搭建好的平臺并使用Qt／Embeded開發(fā)的風力發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)的截圖。

 

　5結束語

 

　　本文根據一個特定的目標平臺,，介紹了如何構建基于Linux 2.6.16的嵌入式開發(fā)平臺,，介紹了移植的主要技術和整個流程，并在Qt／Embedd下開發(fā)了風力發(fā)電監(jiān)控軟件,。掌握這些移植和開發(fā)技術,，對于開發(fā)嵌入式Linux應用系統(tǒng)十分重要，同時對于開發(fā)其它類型的嵌入式系統(tǒng)也具有一定的參考意義,。