Blackfin處理器是基于由美國模擬器件公司(ADI)和Intel公司聯(lián)合開發(fā)的微信號架構(gòu)(MSA)的首款第4代DSP產(chǎn)品,，它是ADI公司16 位產(chǎn)品的一個大系列,。這一新產(chǎn)品是專為通信和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計的通用DSP芯片，適合處理廣泛用于互聯(lián)網(wǎng)中的大量圖像,、聲音,、文本和數(shù)據(jù)流，也可應(yīng)用于汽車電子可視系統(tǒng),、寬帶無線系統(tǒng),、消費類多媒體電子、數(shù)字?jǐn)z像機,、多通道VoIP,、安全和監(jiān)督、機頂盒和視頻電話會議等方面,。本文所用到的ADSP一 BF533是Blackfin系列處理器的典型代表,。

l μClinux簡介
    μClinux從Linux 2．0／2．4內(nèi)核派生而來，沿襲主流Linux的絕大部分特性,。它是專門針對沒有MMU的CPU,，并且為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。適用于沒有虛擬內(nèi)存或內(nèi)存管理單元(MMU)的處理器,。由于μClinux在標(biāo)準(zhǔn)的Linux基礎(chǔ)上進(jìn)行了適當(dāng)?shù)牟眉艉蛢?yōu)化,，形成了一個高度優(yōu)化的、代碼緊湊的嵌入式 Linux,。雖然它的體積很小,，但μClinux仍然保留了Linux的大多數(shù)的優(yōu)點：穩(wěn)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(tǒng)的支持、以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的API等,。
    μClinux的主要特點如下：
    (1)內(nèi)存管理
    這部分是μClinux與傳統(tǒng)Linux區(qū)別最大的地方,。對于μClinux來說，其設(shè)計針對沒有MMU的處理器,，即μC1inux不能使用處理器的虛擬內(nèi)存管理技術(shù),，μClinux仍然采用存儲器的分頁管理。系統(tǒng)在啟動時把實際存儲器進(jìn)行分頁,，在加載應(yīng)用程序時程序分頁加載,，但是由于沒有MMU管理,，因此實際上μClinux采用實存儲器管理策略。這一點影響了系統(tǒng)工作的很多方面,。
    (2)μC1inux的內(nèi)核加載方式
    μClinux的內(nèi)核有2種可選的運行方式：可以在FLASH上直接運行,，也可以加載到內(nèi)存中運行。由于RAM的存取速率要比FLASH高,，因此后者可以減少內(nèi)存需要,，運行速度也更快。
    (3)μClinux的文件系統(tǒng)
    μClinux系統(tǒng)采用rotors文件系統(tǒng),。這種文件系統(tǒng)相對于一般的ext2文件系統(tǒng)要求更少的空間。這是由于內(nèi)核支持romfs文件系統(tǒng)比支持 ext2文件系統(tǒng)需要更少的代碼,，而且romfs文件系統(tǒng)相對簡單建立文件系統(tǒng)超級塊(superblock)需要的存儲空間更少,。
    (4)μClinux的應(yīng)用程序庫
    μClinux小型化的另一個做法是重寫應(yīng)用程序庫。相對于越來越大且越來越全的庫glibc μClibc對libc做了精簡,。
    (5)可執(zhí)行文件格式
    μClinux系統(tǒng)使用flat可執(zhí)行文件格式,。另外，μClinux還提供通用的Linux APl支持完整的TCP／IP協(xié)議堆棧和大量其他的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,，支持包括NFSext2ROMfs等多種文件系統(tǒng),。

2 建立μClinux開發(fā)環(huán)境
    嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)與一般的應(yīng)用開發(fā)最大的差別在于，前者需要建立特殊的硬件環(huán)境,，而后者一般基于特定的操作系統(tǒng)或分布式平臺,。后者的平臺已經(jīng)對硬件或網(wǎng)絡(luò)媒質(zhì)做了抽象，從而不需要由系統(tǒng)開發(fā)者來完成這些工作,。而在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中,，這也由開發(fā)者完成。
    嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境一般分成主機端(HOST)和目標(biāo)板(TARGET)兩個部分,。主機端是開發(fā)平臺,，用于運行開發(fā)過程中的各種工具(如Linux操作系統(tǒng)和ADI提供的集成開發(fā)環(huán)境Visual DSP++等)；目標(biāo)板是運行和測試平臺,，是嵌入式系統(tǒng)的最終駐留環(huán)境,。在主機端和目標(biāo)板之間需要通過某種方式進(jìn)行通信，如使用,。RS 232串口或網(wǎng)口,。通信的目的在于發(fā)送控制指令和傳輸數(shù)據(jù)，同時獲得反饋信息,。圖1是系統(tǒng)移植工作的硬件環(huán)境,。
    目標(biāo)板的硬件平臺如圖1所示：

主機端的PC使用COM1和BF533的UART相連接，通過串口完成對目標(biāo)板的必要控制功能,。本文設(shè)計的ADSP—BF533目標(biāo)板上配備有1塊SMSC LAN91C111以太網(wǎng)卡芯片和主機端建立原始(raw)IP連接,，使用鏈路層地址完成大批量數(shù)據(jù)的傳送,。
    在硬件環(huán)境建立之后，就需要創(chuàng)建軟件開發(fā)環(huán)境,。軟件環(huán)境主要是指Blackfin體系結(jié)構(gòu)的交叉編譯環(huán)境,。建立交叉編譯環(huán)境首先要有交叉開發(fā)工具。交叉編譯工具是指一組運行在某一種處理器上,，卻可以編譯出另一種處理器卜執(zhí)行的指令的工具,。它由一套用于編譯、匯編和鏈接內(nèi)核及應(yīng)用程序的組件組成,，通過編譯可以使μClinux內(nèi)核和應(yīng)用程序在目標(biāo)設(shè)備上運行,。
    編譯μClinux一般使用GNU開發(fā)套件作為交叉編譯器工具鏈，它包括一系列的開發(fā)和調(diào)試工具,。在官方網(wǎng)站 http：／／blackfin．μClinux．org上提供了Blackfin系列處理器內(nèi)核的交叉編譯工具,。下載后按照說明解壓到Linux系統(tǒng)的相應(yīng)文件夾里，并設(shè)置系統(tǒng)環(huán)境變量,，使這些交叉編譯工具所在的目錄為全局環(huán)境變量,。至此就建立好了μClinux的軟件開發(fā)環(huán)境。

3 利用U—Boot引導(dǎo)內(nèi)核
    U—Boot(Universal Boot Loader)是當(dāng)前比較流行的遵循GPL條件的開放源碼項目,。也是是嵌入式Linux系統(tǒng)常用的Boot Loader之一,。其完成的功能是初始化硬件設(shè)備、改變處理器運行模式,、重組中斷向量和建立內(nèi)存空間映射圖,，從而將系統(tǒng)的軟硬件帶到一個合適的狀態(tài)或者用戶定制的特定狀態(tài)，以便為最終加載操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境,。
    U—Boot具有源碼公開的特點,，開發(fā)人員可根據(jù)自身需要進(jìn)行裁減；支持多種處理器和嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核,；具有多種設(shè)備驅(qū)動源碼：支持種引導(dǎo)方式,；具有功能強大且成熟、穩(wěn)定等諸多優(yōu)點,，故本文采用U—Boot引導(dǎo)μClinux內(nèi)核,。U—Boot嚴(yán)重依賴于底層硬件，不同的CPU或嵌入式板極設(shè)備需要不同的U—Boot,，不過因為本文的重點是μClinux的移植,，所以這里不再詳述U—Boot的具體實現(xiàn)過程。
    當(dāng)系統(tǒng)上電后,，U—Boot從地址OxO開始執(zhí)行,，將存儲器映射重新配置，如圖1所示,，并會執(zhí)行μClinux的固化內(nèi)核,。

U一Boot可以使用ADI的仿真軟件Visual DSP++通過仿真器或JTAG口下載到目標(biāo)板上,。

4 μClinux內(nèi)核的編譯和移植
    作為操作系統(tǒng)的核心，μClinux內(nèi)核負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的進(jìn)程,、內(nèi)存,、設(shè)備驅(qū)動程序、文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),，決定著系統(tǒng)的各種性能,。μClinux內(nèi)核采用模塊化的組織結(jié)構(gòu)，通過增減內(nèi)核模塊的方式來增減系統(tǒng)的功能,。
4．1 內(nèi)核配置
    雖然μClinux的內(nèi)核代碼大部分獨立于處理器和其體系結(jié)構(gòu),，但是最底層的代碼還是基于特定系統(tǒng)的。雖然各個系統(tǒng)存在相同之處,，但是它們的中斷處理上下文,、內(nèi)存映射的維護、任務(wù)上下文和初始化過程是獨特的,。這些例行程序放置在μClinux代碼樹的aroh／目錄下。這里需要根據(jù)自己的硬件平臺來配置內(nèi)核代碼,。配置過程如下：
    可以從官方網(wǎng)站http：／／blackfin．μClinux．org處下載μClinux—list的內(nèi)核源代碼,。運行解壓命令：將tar— xvfμClinux—dist．tar．gz解壓完畢后，就會生成／μClinux—dist目錄,，加入該目錄后按如下順序編譯內(nèi)核：
    (1)make menuconfig,；進(jìn)入菜單方式配置指令；
    (2)選擇所使用的平臺類型和所使用的庫
    本文設(shè)計的目標(biāo)板選擇：AnalogDevices／BF533一EZ—KIT和μC—libc庫,。在配置欄中,，選擇Load an AlternateConfiguration File，按確認(rèn),，退出配置欄,；
    (3)make dep；尋找依存關(guān)系,；
    (4)make clean,；清除以前構(gòu)造內(nèi)核時生成的所有目標(biāo)文件、模塊文件和一些臨時文件,；
    (5)make lib_only,；編譯庫文件；
    (6)make user_only,；編譯用戶應(yīng)用程序文件,；
    (7)make tomfs；生成romfs文件系統(tǒng),；
    (8)make image,；生成鏡像文件然后通過Jtag口輸入到目標(biāo)板,；
    (9)make；通過各個目錄的makefile文件進(jìn)行,，會在各目錄下生成一大堆目標(biāo)文件,。
    在上述步驟完成后，就完成了對μClinux源碼的編譯工作,。最后會在／μClinux—dist／images目錄下看到3個內(nèi)核文件：linux．dxe,，linux．bin和zlmage．bin。如果編譯不成功,，需要根據(jù)編譯過程的提示信息找到錯誤并重新編譯,，直到成功為止。
4．2 修改配置內(nèi)核代碼
    直接由源代碼編譯生成的內(nèi)核映像文件一般不會啟動成功,，需要根據(jù)自己的目標(biāo)板進(jìn)行配置,。需要修改系統(tǒng)啟動初始化文件crt0_ram．s，sysinit．c和ram．1d,。
    在crt0_ram．s中需要根據(jù)自己的目標(biāo)板修改基地址,、存儲器大小和起始地址。在sysinit．c中需要修改片選設(shè)置,，分別對FLASH和 SDRAM進(jìn)行片選設(shè)置,。在ram．1d中修改內(nèi)核連接加載地址。做完上面的修改,，重新編譯生成linux．dxe等文件,。
4．3 μClinux內(nèi)核的下載與執(zhí)行
    μClinux內(nèi)核有2種可選的運行方式：一種是在FLASH上直接運行；另一種是加載到內(nèi)存中運行,，系統(tǒng)啟動時從FLASH中讀取壓縮的內(nèi)核代碼(存儲器空間有限,，所以一般需要壓縮內(nèi)核代碼)到內(nèi)存中解壓，然后開始執(zhí)行,，這種方法比第一種的速度更快(RAM的存取速度比FLASH的快),。所以選取第二種方法。
    編譯好的內(nèi)核文件可以由Visual DSP++開發(fā)裝置,，通過網(wǎng)口或串口把linux．dxe下載到目標(biāo)板的FLASH中,，從設(shè)定的入口地址(一般為Oxl000)執(zhí)行即可啟動內(nèi)核。
    啟動μClinux就可以在超級終端看到μClinux的歡迎信息和簡單的shell提示符,，界面如圖3所示,。

5 在μClinux下添加應(yīng)用程序
    為了方便，μClinux用戶層的應(yīng)用程序代碼都放在／μClinux—dist／user／目錄下,，否則要自己重新定義很多宏,，而且容易出錯。具體實現(xiàn)過程如下：
    (1)在工作目錄的user目錄下創(chuàng)建應(yīng)用程序的文件夾user／app然后編寫應(yīng)用程序，編寫方法和普通的應(yīng)用程序一樣,；
    (2)在文件／user／Makefile里添加如下一句以便把用戶的應(yīng)用加入到μClinux系統(tǒng)的編譯列表中,；

    dir_MYM(CONFIG_USER_MYAPP)+=app

    (3)在/config/config.in里加入如下語句：

這樣在編譯時會多1個配置選項，當(dāng)選擇這一選項時,，字符串“CONFIG USER MYAPP”就會定義為“Y,，參考上一個步驟，dir Y+=app,，應(yīng)用會被編譯入內(nèi)核

    (4)為便于內(nèi)核配置在／eonfig／config．help中加入有關(guān)該應(yīng)用的幫助說明,；
    (5)回到／μClinux—dist目錄，執(zhí)行make編譯μClinux系統(tǒng)內(nèi)核和這里的應(yīng)用程序,。

6 結(jié) 語
    對于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員來說,，要將嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)中，首先要做的工作是根據(jù)不同的硬件平臺移植操作系統(tǒng),，掌握移植的方法非常重要,。
    本文所述的移植方法已經(jīng)成功應(yīng)用于多個項目的開發(fā)。所述的移植雖然是針對Blackfin處理器芯片ADSP-BF533,，但重點闡述的是移植的思路和方法,。對將μClinux移植到其他處理器為核心的硬件平臺也有借鑒作用。
    本文從如何將嵌入式操作系統(tǒng)μClinux與特定硬件相結(jié)合出發(fā),，分析移植μClinux到ADSP-BF533的過程,。