Blackfin DSP上移植Uclinux

Embedded007

1  Uclinux和Blackfin简介 1. 1  UcLinux简介
Uclinux是当前广泛应用的一种嵌入式Linux操作系统，是一个完全符合GNU/GPL公约的项目，与UNIX完全兼容，完全开放源码。英文单词中u表示Micro，c表示control，所以Uclinux的意思是“微控制领域的Linux系统”。
Uclinux针对嵌入式应用的特点，对Linux的内核（所用版本为linux2.6）进行了修改和重新编译，其大小远小于原来。它包含Linux常用的API，保留了原来Linux操作系统具有的高稳定性、强大的网络功能和卓越的文件系统支持功能等优点。
1. 2  Blackfin简介
Blackfin系列DSP是ADI公司推出的高性能，低功耗的新一代DSP处理器，融合了Analog Devices/Intel的微信号结构（MSA），其应用范围广泛，包括汽车图像系统，宽带无线系统，多媒体消费电子产品，数字视频录像机，安防与监控，机顶盒和视频会议等。
对下一代的数字通信和消费多媒体应用来说，Blackfin处理器是高度集成的片上系统解决方案。通过将工业标准接口与高性能的信号处理内核相结合，用户可以快速开发出节省成本的解决方案，而无需昂贵的外部组件。
笔者使用的是BF533，其结构如图1：
BF533包括一个UART口、一个SPI口、两个串行口(SPORTs)、四个通用定时器（其中三个具有PWM功能）、一个实时时钟、一个看门狗定时器，以及一个并行外设接口。

1.3  Blackfin＋Uclinux的优越性
（1） 使用方便
（2） 支持网络
（3） 源码开放
（4） 方便程序开发移植
系统结构如图2所示。

2  在Blackfin中嵌入Uclinux操作系统  
2.1  建立开发环境
要在Blackfin上嵌入Uclinux操作系统，首先应建立相应的开发环境。笔者所用的主机系统和开发平台如下：
Windows XP与REDHAT 9.0双操作系统
P4 1.8GHz，512 MB内存
Blackfin533 EZ-KIT 开发板
Linux环境下的程序通过GNU的一系列工具完成编译工作，其中包括预处理、编译、汇编和连结4个互相关联的步骤，每一步由相关工具完成。
（1）GCC：是GNU编译器的前端程序，负责完成预处理和编译过程，生成以.O为后缀的目标文件。
（2）AS：是GNU编译器的汇编器，负责把后缀为.S的汇编文件编译成以.O为后缀的目标文件。
（3）LD：是GNU 编译器的连结器，负责把目标文件和库文件连结起来，重定位它们的数据，把所有符合连结起来。
笔者用的是bfin-gcc-3.4-2005R3.1.tar.gz。
在REDHAT中打开terminal，将目录转换到工作目录（根目录），键入以下命令：
tar  –xzf  bfin-gcc-3.4-2005R3.1.tar.gz
在/opt下会出现/uclinux/bfin-elf和/uclinux/bfin-uclinux两个新文件夹，此时Blackfin所用的交叉编译器已建立成功。
2.2    在EZ－KIT上植入U-BOOT
从网上下载u-boot_1.1.3.tar.bz2,在terminal下键入：
bunzip2  u-boot_1.1.3.tar.bz2
tar －xzf  u-boot_1.1.3.tar.bz2
此时会出现名为u-boot_1.1.3的文件夹，将当前目录转为此文件夹下，键入以下命令：
make  clean
make  mrproper
make  ezkit_533_config
make
以上步骤完成后，会出现以下文件：
u-boot：这是elf文件，可以用它生成其它格式的文件。
u-boot.bin：这是二进制文件，可以用来升级u-boot。
在terminal下键入：
/opt/Uclinux/bfin-ucLinux/bfin-uclinux-objcopy  –I  binary  –O  ihex  u-boot.bin  u-boot.hex
此时在u-boot文件夹下生成u-boot.hex。
将主机系统转换为Windows XP下，打开VDSP++开发软件，点开TOOL下的flash programmer，打开如图3所示的选项环境：

 

 

 

按图中所示设置好参数后，点击load file即可。
2.3    编译Uclinux
将主机系统转为REDHAT9.0，打开terminal，当前目录应为Uclinux所在目录，输入以下命令：
export  PATH＝/opt/uclinux/bfin-elf/bin: /opt/uclinux/bfin-uclinux/
binPATH
make  menuconfig
此时出现选择参数界面，包括厂商，器件型号等，选好参数后继续。过一段时间后，将出现两个模块选择介面，这里不更改任何选项，直接选择exit。
在terminal中键入：make ，开始编译Uclinux，这个过程大概需要几分钟左右，当编译成功后，在uclinux文件夹下的image文件夹中将生成名为linux的文件。
2.4    嵌入Uclinux
将主机系统转为Windows XP系统。
将ezkit板和主机用串口连接起来，打开hyperterminal，选COM1，确定后进入设置参数界面，如图4所示。

设置好参数后，按确定。给板子上电后，自动启动U-boot。
在ezkit>后键入：“ loadb”  ，点击“传送”，“发送文件”，出现如图5的界面：

按上图设置好参数后，点击发送，则出现传送文件的界面，并显示进度。由于linux文件有5.1M，而BF533 ezkit没有以太网接口，只能用串口进行传输，速度较慢，这个过程约1小时。为了缩短传输时间，笔者在Linux系统下将linux文件进行压缩，压缩后的文件大约1M左右，这样整个传输时间将缩短为10多分钟。
压缩的指令为：
/tools/mkimage –A blackfin –O linux –T kernel –C gzip –a 0x1000 –n “uclinux kernel Image”  –d  linux.bin.gz  uImage
这条指令将生成名为uImage的压缩文件。
当传输完成后，在ezkit>后输入：
bootelf  0x01000000（未经压缩）
bootm   0x01000000 （压缩）
此时将启动Uclinux，如果启动成功，将出现welcome画面。
到此，Uclinux已成功的嵌入到BF533 ezkit中。
3  在Uclinux中加入自己的应用程序
笔者用了一个最简单的程序“hello.c”来介绍如何在嵌入式操作系统中加入自己的程序。
（1）在/uclinux-dist/user/下建立一个新的文件夹shello，将源程序放到里面。
（2）修改/uclinux-dist/user/Makefile。加入：
dir_$(CONFIG_USER_SHELLO_HELLO)+=hello
（3）修改/uclinux-dist/config/configure.help。加入：
CONFIG_USER_SHELLO_HELLO
　   This is my program 这里需要注意一点：第二行的开头字母“T”离第一行的开头字母“C”两个字母的距离，同时每行不要超过70个字母。
（5） 修改/Uclinux-dist/config/config.in。加入：
bool 'hello’CONFIG_USER_SHELLO_HELLO
（6）在/ucLinux-dist/user/shello/中加入makfile文件，此文件内容如下：
EXEC=hello
OBJS=hello.o
All(EXEC)
$(EXEC)(OBJS)
$(CC) $(LDFLAGS) –O $ @ $ (OBJS) $ (LDLIBS)
romfs:
$(ROMFSINST)  /bin/$ (EXEC)
clean: 
rm –f $ (EXEC)  *.elf  *.gdb  *.o
（7）做完以上步骤后，重新编译内核。此时hello应用程序会被加入内核中，注意在选择模块时选中hello。编译结束后，将内核下到板子上，启动Uclinux，在root>后键入hello，会出现“hello，world”。
4  结语
嵌入式操作系统是当今最热门的研究课题，本文详细介绍了怎样在Blackfin中嵌入Uclinux以及如何加入自己的应用程序，该系统已广泛应用到我们开发的项目中。
参考文献

1 孙天泽，袁文菊，张海峰. 嵌入式设计及Linux驱动开发指南.  北京：电子工业出版社，2005
2 ADI公司. ADSP-BF533 BlackfinTM Processor Hardware Reference
3 Alesssandro Rubini, Jonathan Corbet. LINUX设备驱动程序. 魏永明等译. 第2版. 北京：中国电力出版社. 2002