摘 要：主要介紹32位微處理器S3C44B0X和嵌入式操作系統μClinux的開發和研究，提出了ARM和μClinux實現以太網通信的一種方案，即一套基于嵌入式操作系統的嵌入式網絡軟件開發平臺，在此平臺之上。可以方便進行嵌入式應用系統的開發。
關鍵詞：嵌入式操作系統；μClinux；ARM；移植
?
隨著網絡技術的發展，在工業監測、控制等各個領域，嵌入式系統將越來越多地支持互聯網功能。人們對互聯網的嵌入式系統的功能和可靠性都提出了越來越高的要求。同時，隨著微電子技術和半導體技術的迅速發展，高檔處理器的成本大幅度下降及軟件技術的發展，嵌入式操作系統日趨成熟。
本文對基于32位微處理器和μClinux[1]的嵌入式系統進行了研究，從硬件核心—32位微處理器的選型，其他硬件部分的設計，系統驅動程序的編寫，嵌入式操作系統和文件系統的移植，完成了對一個嵌入式系統從計劃設計到開發調試的完整過程的研究。
1 網絡構件的整體結構設計
μClinux的網絡構件的硬件結構圖如圖1所示。本系統采用韓國三星公司的S3C44B0X[2]微處理器,外擴一片norflash芯片HY29LV160B、nandflash芯片K9F2808u和SDRAM芯片 HY57V561620，JTAG接口，RS232串口；帶有開關量采集模塊、模擬量采集模塊和以太網通信模塊；采用μClinux嵌入式操作系統來進行軟件設計。
硬件系統上使用了兩種類型的Flash，一種是norflash，另一種是nandflash。norflash適宜連續大容量存儲，價格相對便宜；相比較，nandflash隨機存儲速度快、價格高。所以在本系統中結合兩種Flash的優勢，將移植的操作系統存放在norflash之中，nandflash則是用來存儲應用程序的代碼和常量，保證用戶的程序在掉電后不丟失。
該方案設計相對簡單，硬件電路中采用韓國三星公司的S3C44BOX微處理器，8 KB Cache、可選的內部SRAM、2通道UART、8通道10 bit ADC、71個通用I/O口、2個可編程32 bit定時器，能夠基于芯片設計復雜的系統。其架構滿足了μClinux正常運行的基本要求。
2 系統軟件設計
為使該系統具有較好的實時性和穩定性，在μClinux平臺上設計系統軟件。系統中各個任務在宏觀上按照一定的關系并行工作，CPU資源得到充分利用，系統可靠性得到很大的保證，方便組織開發任務。在μClinux平臺上，軟件設計工作主要包括：Bootloader的移植、μClinux在S3C44B0X上的移植、驅動程序的編寫和應用程序的編寫。
2.1 Bootloader的移植
Bootloader是嵌入式系統軟件開發的第一個環節，它緊密地將軟硬件銜接在一起，對于一個嵌入式設備后續的軟件開發至關重要。Blob是Boot Loader Object的縮寫，是一款功能強大的Bootloader。MBA44B0是一款基于S3C44B0的開發板。本文將以運行在MBA44B0開發板上的Blob的源代碼為基礎，再針對自己的開發板進行Blob的移植。Blob的啟動流程的文件關系如圖2所示。
?
Blob編譯后的代碼定義最大為64 KB，并且這64 KB又分成兩個階段來執行。第一階段的代碼在start.s中定義，大小為1 KB，它包括從系統上電后在0x00000000地址開始執行的部分，并運行在Flash中，包括對S3C44B0的一些寄存器的初始化和將Blob第二階段代碼從Flash拷貝到SDRAM中。余下63 KB代碼都是第二階段的代碼。其起始文件為Trampoline.s，被復制到SDRAM后，就從第一階段跳到這個文件開始執行剩余部分代碼。這個階段最大為63 KB，單詞trampoline詞義為“蹦床”，所以在這個程序中進行一些BSS段設置、堆棧的初始化等工作后，最后跳轉到Main.c進入C函數。
2.2 μClinux的移植[3]
μClinux2.4.x發行包中的內核對S3C44B0X處理器的支持是不完整的，因此，不可能在make config配置選項中選中S3C44B0X目標板后，直接編譯它來得到一個很好的支持S3C44B0X開發板的內核映像。這里對μClinux原代碼的改寫主要是對網卡支持部分和中斷部分（這部分時為以后擴展準備的），由于RTL8019AS網卡與NE2000系列的網卡是兼容的，所以可以直接借助μClinuxdriversnetne.c源代碼進行改寫。
（1）在Ne.c中函數ne_probe就是網卡的檢測函數，如果檢測到Ne2000兼容的網卡就是return 0，可以參考一下添加的函數的語法格式，將網卡的基地址、中斷號都放到這里面定義：
#elif defined(CONFIG_ARCH_S3C44B0)
static int once = 0；
if (once)
return -ENXIO；
if (base_addr == 0) {
dev->base_addr = base_addr = ARM_NE2000_BASE；
dev->irq = ARM_NE2000_IRQ；
once++；
}
其中，ARM_NE2000_BASE和ARM_NE2000_IRQ是在配置內核的時候定義的。
（2）ne_probe是被Space.c調用的，這里網卡的檢測是從./drivers/net/Space.c的ethif_probe函數中實現的，關鍵代碼如下：
if (probe_list(dev, eisa_probes) == 0)
return 0；
eisa_probes?????????????????? ：在前面定義成全局
static struct devprobe eisa_probes[] __initdata = {
#ifdef CONFIG_DE4X5???????????? /* DEC DE425, DE434, DE435 adapters */
{de4x5_probe, 0},
#endif
…………
{NULL, 0},
}；
添加的函數是：
if (probe_list(dev, arm_probes) == 0)
return 0；
并定義：
static struct devprobe arm_probes[] __initdata = {
#ifdef CONFIG_ARM
{ne_probe, 0},
#endif
{NULL, 0},
（3）地址偏移的問題
同樣是在ne.c中ne_probe1的代碼中。為了更好地說明所修改的地方，首先應該先介紹一下硬件的配置和連接。這里8019在S3C44B0的Bank 5上，工作在跳線模式，所以起始基地址就是0x0a000600。還有一點需要特別注意的是：8019工作在16位模式下，數據線一對一地連接，地址線錯開一位，即8019的A0連接S3C44B0的A1……這樣，8019的基地址（Reg0的地址）是0x0a000600，Reg1的地址就是0x0a000602……所以地址不是連續增加的，那么對應的驅動程序要做相應的修改。
#elif defined(CONFIG_ARM)
#define EI_SHIFT(x) ((x)*2)
其中EI_SHIFT可以查看到8390.h的定義。
也有直接訪問外部的代碼，所以要添加的還有：
#ifdef CONFIG_ARM
regd = inb_p(ioaddr + 0x0d*2);
outb_p(0xff, ioaddr + 0x0d*2); ?? ：函數outb_p和inb_p訪問外部IO的函數
#else
regd = inb_p(ioaddr + 0x0d)；
outb_p(0xff, ioaddr + 0x0d)；
這樣就被解決了地址偏移的問題，這里采用預處理來添加自己的代碼，不直接在原有的代碼上修改，可以保證代碼的完整性和可移植性，也較容易比較和發現問題。
主程序和μClinux中的系統文件放在同一個程序下，進行編譯即可。為了提高執行效率，可以根據實際應用修改μClinux的部分常用代碼，甚至剪切掉某些不必要的代碼。
基于μClinux的網絡構件的設計方案在硬件上簡潔可靠；軟件可維護性好，可擴展性好，有利于系統的后續開發，降低了系統設計的復雜性。隨著嵌入式產品研究的深入，網絡接口芯片的研究也會快速發展，使智能化產品的設計更趨向簡單、標準、成熟。可以看出，嵌入式μClinux操作系統與網絡將會得到更大的發展和更廣闊的應用。
參考文獻
[1]?周立功 ，陳明計.ARM嵌入式linux系統構建與驅動開發范例[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.
[2]?管耀武，楊宗德.ARM嵌入式無線通信系統開發實例精講[M].北京：電子工業出版社，2006.
[3]?周立功.ARM嵌入式系統軟件開發實例（一）[M] .北京：北京航空航天大學出版社，2004.