基于s3c2440的嵌入式linux操作系统移植

基于s3c2440的嵌入式linux操作系统移植内容摘要：

，具有低功耗，体积小，集成度高等特点。 （ 2） 嵌入式系统的硬件和软件都是可定制的。 （ 3） 实时性 ，即 在确定的时间内响应某个事件的特性。 （ 4） 嵌入式系统不比与一般的应用软件 它 具有相当长的生命周期。 （ 5） 嵌入式系统软件一般都固化在存储器芯片或单片机中，而 非 磁盘等 存储 载体上。 （ 6） 嵌入式系统本身不具备开发承载能力。 在设计完成以后，如果需要对其进行修改、升级换代等，也必须借助于开发工具和环境。 据调查，目前已有的嵌入式操作 系统有两百多种，并且随着嵌入式领域的不断发展，各种各样的嵌入式操作系统还在不断的相继问世 ， 其中比较著名的嵌入式操作系统有181。 C/OS、 VxWorks、 Neculeus、 Linux和 Windows。 嵌入式 Linux 所谓嵌入式 Linux，是指 Linux在嵌入式系统中的应用。 在所有的操作系统中， Linux操作系统是一个发展最快，应用最广泛的操作系统，由于 Linux系统的优良特性，使得其成为嵌入式开发中的首选。 随着嵌入式 Linux的不断成熟，以及其对更小尺寸和更多类型的处理器支持，使得嵌入式 Linux操作 系统迈入了嵌入式系统的主流。 在嵌入式领域， Linux表现出强大而完备的性能，其优势主要体现在以下几点： （ 1） Linux是开放源代码的，不在存黑箱技术。 系统升级、软件移植方便。 只要遵循GPL的相关规定就可以免费得到 Linux内核的完整源代码，不用支付版权税，可以根据具体的系统进行裁减和优化，这对于构建嵌入式系统具有重要的意义。 山东工商学院 2020 届毕业 论文 3 （ 2）由于 Linux 是开放的操作系统 ,比较容易实现产品定制。 内核可裁剪，功能可定制。 Linux 的内核采用模块化设计，模块可以根据需要加载和卸除。 这就使得开发人员可以针对自己的系统来 编译自己的内核，运行所需资源少，十分适合嵌入式应用。 （ 3） Linux的源代码随处可得，注释丰富，文档齐全，易于解决各种问题，由全世界的自由软件开发者为嵌入式 Linux提供技术支持，网络资源得天独厚。 （ 4） Linux的内核非常稳定，性能高效、多任务。 （ 5） Linux是一个跨平台的系统，支持多种 CPU。 最新的 Linux内核支持 Intelx8Motorola/IBM、 PowerPC、 ARM（ Advanced RISC Machines）、 Compaq（ DEC)Alpha IA 6S/390SuperH 等微处理器体系结构。 Linux还可以在没有 MMU（ Memory Management Unit）的处理器上运行，这就使得在嵌入式领域没有 MMU 的处理器得到相当广泛的应用。 当下主流的嵌入式 Linux 系统有 181。 Clinux， RTlinux 和 RTAI， MontaVistaLinux，以及LynxOS 操作系统。 181。 Clinux设计的目标平台是那些不具有内存管理单元（ MMU）的微处理芯片，为了达到嵌入式系统的要求， 181。 Clinux还改写和裁剪了大量 Linux内核代码以缩小内核体积，使得其内核远远小于标准 Linux 的内 核，但是它仍然保持了 Linux 操作系统几乎所有的优秀特性，包括稳定，强大的网络功能，出色的文件系统支持。 RTlinux 并没有对 Linux 内核作大的改动，而是利用 Linux 内核模块机制，采用插入模块的方式，通过一个独立的内核来管理实时任务，在加载了 RTlinux 内核之后，原来的Linux内核就作为实时操作系统的一个空闲任务，仅当没有实时任务要运行时才执行， Linux任务从不阻塞中断，也不阻止其他进程从自己的手中抢占处理机资源 RTLinux使用的关键技术是中断控制硬件的软件模仿，当 Linux使硬件中断无效时， 实时系统将阻止这个请求，记录它，然后返回 Linux。 MontaVista Linux 是全球三大嵌入式 Linux 操作系统及解决方案供应商之一的 Monta Vista Software 公司于 1999 年推出的，其重点考虑的是小内存，确保响应，高可用性等。 Monta Vista Linux 的最新版本 Monta Vista ，它采用标准 Linux内核 ，并进行了高度的裁剪和配置， 使其成为高稳定性，性能突出的一款出色的嵌入式操作系统。 LynxOS 是一个针对有强实时性要求的嵌入式应用的实时操作系统（ RTOS），它是一个结合了性能，可靠性，开放性与可扩展性的硬实时 RTOS， LynxOS 体系结构的高度模块化使它具有很强的可扩展性并且易于配置。 嵌入式微处理器 嵌入式微处理器 (Microprocessor Unit， MPU)由通用计算机中的 CPU演变而来。 与通用计算机中的 CPU不同的是，在嵌入式应用中，将微处理器装在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。 此外，嵌入式微处理器在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面 相对通用计算机中的 CPU都做了各种增强。 山东工商学院 2020 届毕业 论文 4 目前主要的嵌入式微处理器有 X8 ARM、 MIPS、 PowerPC 等系列。 ARM与 Linux 在 32 位 RISC 处理器的领域，基于 ARM 的结构体系在嵌入式系统中发挥了重要的作用， ARM 处理器和嵌入式 Linux的结合也越来越紧密，并在嵌入式领域得到了广泛的应用，早在 1994 年， Linux就可在 ARM 架构上运行，时至今日，在各式各样的便携式消费类电子产品，网络，无线设备，汽车，医疗和存储产品内，都可以看到 ARM 与 Linux相结合的身影。 ARM 结构体系历经多年的 发展产生出很多版本，目前 Linux几乎对 ARM 不同系列的处理器都有了相应的支持，此外 Linux对于自己在 ARM 规划蓝图中获得定义的新特征也有相应的支持。 山东工商学院 2020 届毕业 论文 5 第二章 目标平台 在进行嵌入式开发时，选择合适的开发平台是一个很重要的环节，开发板可以为用户提供基本的底层硬件，系统和驱动等资源。 考虑到诸如开发成本，资源特性要求，周期，技术支持程度等的不同，即使是基于同一款处理器的开发板也会因为开发的目的不同而不同。 本论文的研究课题是基于 ARM9 的嵌入式 Linux系统移植。 选择广州友善之臂计算机有限公司的 2440V3 作为我们的研究平台，该开发板是基于 Samsung 2440 处理器的开发平台，具有完备的硬件资源和丰富的软件资源包，为我们进行嵌入式开发技术研究提供了一个较理想的平台。 目标硬件平台结构 2440V3是一款低价实用的 ARM9开发板，是目前国内性价比最高的一款学习板。 它采用 Samsung S3C2440 为微处理器，并采用专业稳定的 CPU 内核电源芯片和复位芯片来保证系统运行时的稳定性。 2440 的 PCB 采用沉金工艺的四层板设计，专业等长布线，保证关键信号线的信号完整性。 图 244 0V3 开发板 山东工商学院 2020 届毕业 论文 6 2440V3 开发板硬件资源 （ 1） CPU处理器 — Samsung S3C2440A，主频 400MHZ，最高 533MHZ （ 2） SDRAM 内存 — 在板 64M SDRAM — 32bit 数据总线 — SDRAM 时钟频率高达 100MHZ （ 3） FLASH 存储 — 在板 64M Nand Flash, 掉电非易失 — 在板 2M Nor Flash，掉电非易失，已经安装 BIOS （ 4） LCD 显示 — 板上集成 4 线电阻式触摸屏接口，可以直接连接四线电阻触摸屏 — 支持黑白、 4 级灰度、 16 级灰度、 256 色、 4096 色 STN 液晶屏，尺寸从 寸到 寸，屏幕分辨率可以达到 1024x768 象素； — 支持黑白、 4 级灰度、 16 级灰度、 256 色、 64K 色、真彩色 TFT 液晶屏，尺寸从 寸 到 寸，屏幕分辨率可以达到 1024x768 象素； — 标准配置为 NEC 256K 色 240x320/ 英寸 TFT 真彩液晶屏，带触摸屏； — 板上引出一个 12V电源接口，可以为大尺寸 TFT 液晶的 12V CCFL背光模块(Inverting)供电。 （ 5） 接口和资源 — 1 个 10M 以太网 RJ—45 接口 (采用 CS8900 网络芯片 ) — 3 个串行口 — 1 个 USB Host — 1 个 USB Slave B 型接口 — 1 个 SD 卡存储接口 — 1 路立体声音频输出接口，一路麦克风接口； — 1 个 20 针标准 JTAG 接口 — 4 USER Leds — 4 USER buttons — 1 个 PWM 控制蜂鸣器 — 1 个可调电阻，用于 AD 模数转换测试 — 1 个 I2C 总线 AT24C08 芯片，用于 I2C 总线测试 — 1 个 20pin 摄像头接口 山东工商学院 2020 届毕业 论文 7 — 板载实时时钟电池 — 电源接口 (12V)，带电源开关和指示灯 （ 6） 系统时钟源 — 12M 无源晶振 （ 7） 实时时钟 — 内部实时时钟 (带后备锂电池 ) （ 8） 扩展接口 — 1 个 34 pin 接口 — 1 个 44 pin 系统总线接口 （ 9） 操作系统支持 — — 开发板设置及连接 ● 跳线说明。 2440V3 开饭板上有两个跳线，分别为 J1 和 J6。 J1 为启动模式选择跳线。 当 J1 接到 Nor Flash一侧时，系统从 Nor Flash启动 ,接 到另一侧是则从 Nand Flash启动。 在 NAND Flash启动模式下， 内部的 4K Bytes BootSram被映射到 nGCS0 片选的空间；在 Nor Flash启动模式下与 nGCS0 相连的外部存储器 Nor Flash就被映射到 nGCS0 片选的空间。 J6 为 LCD 模块电源选择跳线，当选择 5V一侧的两针时，为 LCD 模块提供 5V电压，当选择另一侧时，则提供 3V电压。 ● 外部接口连接。 使用开发板自带的直连串口线连接 2440V3 的串口 0 和 PC 机的串口；交叉网线将 2440V3 的网络接口 与 PC相连；将 12V电源适配器连接到板上的 12V输入插座；把音箱或者耳机的插头接入板上的音频输出口；液晶屏与 2440V3 的 LCD 接口相连；并用 USB 电缆连接 2440V3 和 PC。 ARM微处理器 ARM体系结构的发展 ARM（ Advanced RISC Machines）是一种低功耗高性能的 32 位处理器，它以其体积小，低功耗，低成本，高性能等诸多优异性能获得了众多处理器厂商的支持，从而得到了非常广泛的应用。 目前为止， ARM 体系结构共定义了 6 个版本，每一次 ARM 体系结构的重 大修改，都会添加一些非常关键的技术。 ARM 处理器从 V3 结构开始，实现了 32 位的地址空间，指令结构更完善， V4 结构增加了半字节指令的读取和写入操作和处理器系统模式， V5 结构则提升了 ARM 和 Thumb两种指令的交互工作能力，同时对 DSP 和 Java 指令也有了相应的支持，最新的 V6 结构增加了媒体指令。 其中比较典型的 ARM 处理器如： ARM7 采用 3 级流水线结构，采用冯 诺山东工商学院 2020 届毕业 论文 8 依曼体系结构； ARM9 采用 5 级流水线，采用哈佛体系结构； ARM10 采用 6 级流水线。 ARM的体系结构的特征 ARM 处理器采用了 RISC 体 系结构，因此秉承了大部分早期 RISC 体系结构的特征，如 32 位指令、 Load/Store 体系结构等。 （ 1） 指令周期 ARM 被设计为使用最少的时钟周期来访问存储器，但并不是所有指令都单周期执行。 如在低成本领域中普遍使用的 ARM7TDMI，数据和指令占有同一总线，使用同一存储器时，即使最简单的 Load 和 Store 指令也最少需要访问 2 次存储器（ 1 次取指令， 1 次数据读 /写）。 因此，并不是所有 ARM 指令都在单一时钟周期内执行的，少数指令需要多个时钟周期。 高性能的 ARM9TDMI 使用分开的数据和指令寄存器，能够实现 指令的单周期执行。 （ 2） Load/Store 指令结构 ARM 微处理器采用加载 /存储指令用于在寄存器和存储器之间传送数据，加载指令用于将存储器中的数据传送到寄存器，存储指令则完成相反的操作。 面向运算的所有操作都在寄存器中执行，加快运算速度。 ARM9 系列 特性 ARM9 能够运行在比 ARM7 更高的时钟频率上，处理器的整体性能也得到改善，存储器系统也根据哈佛体系结构重新设计，区分了指令总线和数据总线。 增加的流水线设计提高了时钟频率和并行处理能力。 ARM9 采用了 5 级指令流水线，能够将每一个指令处理分配到 5 个时钟周期内，也就是说在每一个时钟周期内同时有 5 个指令在执行。 体系结构。