基于FA526处理器SoC平台的Linux操作系统实现

[b]引言 [/b] 智原科技的FIE8100 SoC平台是一种低功耗、便携式视频相关应用开发SoC平台，也可用于基于FA526 CPU的SoC设计验证。 基于FA526的Linux软件开发套件，开发人员可将Linux一2．4．19软件环境在FIE8100平台上安装实现，并完成对平台上所有IP的驱动程序安装和对FA526的内部调试。 [b]FA526介绍 [/b] FA526是一颗有着广泛用途的32位RISC处理器。它包括一个同步CPU内核(core)、独立的指令／数据缓存(cache)、独立的指令／数据暂存器(scratchpads)、一个写缓存(write buffer)、一个内存管理单元(memory management unit)和JTAG在线仿真(ICE)接口。CPU内核是6级流水线(pipeline)的哈佛(Harvard)结构，包括取指令(fetch)、解码(decode)、搬移(shift)、执行(execution)、数据访存(memory)、写回(write)等。为了提高整体性能，FA526 CPU还包含了一个分支运算缓存(Branch Target Buffer：BTB)，故可减少分支运算的开销(penalties)。 FA526 CPU内核的指令是兼容ARM V4的结构，并使用AMBA AHB接口与外部设备进行通讯。因此，FA526 CPU有着广泛的应用领域，特别是针对那些需要高性能和低功耗的应用。FA526 CPU内核采用完全同步方式。其基于单相时钟(single-phase clock)的结构可以很容易集成开发系统级芯片(System on Chip：SoC)。FA526 CPU内核的方框图如图1所示。 [b]FIE8100 SoC平台介绍 [/b] FIE8100 SoC平台的系统架构如图2所示。它提供有多种外设接口。其内部的高性能处理器内核和功耗管理功能特别适合MPEG一4和JPEG的市场需求。目前，智原的MPEG4／JPEG图Codec所支持的格式为Simple Profile Version 3．1，其中包含XviD编码和一部分的DivX编码。 FIE8100 SoC平台包含有非常丰富的功能模块以支持多种应用。包括FA526(32Bit RISC CPU)、MPEG-4／JPEG编解码引擎、USB2．0设备控制器、USB2．0PHY(物理层)、LCD控制器、DMA控制器、TV Encoder(解码器)、Capture(视频捕捉器)和AMBA总线架构。为了让用户能将自己的IP或功能模块顺利的运行在FA526上，智原科技将AHB总线从CPU的引线中拉出，并搭配各类接口和片外芯片，从而开发制作了一个基于FIE8100 SoC的仿真平台：MediaCreative!。 基于FA526的Linux安装 本开发系统所需的主开发硬件环境，一是兼容Intel x86的PC，二是标准16550 UART接口。而软件主要是Linux操作系统(RedHat 7．3～8．0或更高版本)和FA526一Linux软件包。而通用平台系统所需的器件，主要是一片MediaCreative!（含FIE8100／FWAB326AA芯片)和一片64 MB SDRAM及32 MB Flash。 通过FA526一Linux可以将Linux-2．4．19软件环境在Faraday FA526处理器和外设IP上进行安装。 FA526一Linux软件包通常以"arm-linux一20050429．tgz"打包文件并递交(此程序发布于April 29，2005)表1所列是安装Linux所需的硬盘空间大小。 安装FA526一Linux软件包的具体流程如下： (1)拷贝文件arm-linux一20050429．tgz至目录／usr／src： #cp arm-linux一20050429．tgz／usr／src (2)解包文件"arm-linux一20050429．tgz"： #cd／usr／src #tar zxvf arm-linux一20050429．Tgz (3)安装Toolchain(GCC一2．95．3，Binutils一2．11．2，GLIBC一2．2．3)至目录／usr／local： #cp／usr／src／arm-linux／toolchain／arm-linux-toolchain．tgz／usr／local/ #cd／usr／local #tar zxvf arm-linux-toolchain．tgz #rm-f arm-linux-toolchain．Tgz 此步骤将在目录／usr/local／arm解压GCC一2．95．3，Binutils一2．11．2和GLIBC一2．2．3的输出文件。 (4)添加GCC执行路径shell环境。 可执行以下命令来添加路径： #export PATH=$PATH：／usr／local／arm／2．95.3／bin 在完成以上四个安装步骤后，就可以在自己的系统下解压打包文件(如arm-linux20050429．tgz)，之后，系统会自动生成一组目录。表2列出了这些源目录的定义。用户的应用程序包含在目录／usr／src／arm-linux／user／下，而客户定制的RAM-Disk则包含在目录／usr／src／arm-linux／images／下。 [b]FA526-Linux的构建和开发 [/b] 在嵌入式系统里配置和构建FA526一Linux内核时，如果FA526的Linux内核子目录路径为：／usr／src／arm-linux／arm-linux一2．4．19／，那么，FA526一Linux目录的结构将和标准Linux内核一样，其版本为2．4．19。表3列出了Linux内核子目录的内容。 内核构建 为FA526架构生成内核映像时，必须先对内核进行配置，配置文件路径为／．config。 通常，用户可能为了一些如下的因素要求重新配置FA526一Linux，具体方法为： (1)定制处理器和板子的功能：修改UART时钟、系统时钟等。 (2)定制硬件设备：添加或删除某些特殊设备。 (3)定制内核功能：添加或删除一个内核的功能(如网络支持)。 Linux内核配置为配置这些可选项目提供了两种常用方式：一是使用菜单显示来选择项目(#make menuconfig)；二是使用GUI显示来选择项目(#make xconfig)。 图3则是针对FA526和CPE开发板的FA526一Linux的menuconfig介面。 FA526系统中的主要选项有以下几种： (CPE)ARM system type，默认值选是中CPE开发板来支持Faraday CPE(Common Platform Environment)。 [*]Support FA526 processor，设置FA526系列处理器选项来支持FA526 CPU。 (FIE8100)Platform environment从A320、FIE8100、FIE7000中选择平台设定。 (44000000) System clock，FIE8100的默认值是44 MHz。开发人员应根据实际电路板设定来调整。 （22118400)UART clock．FIE8100的UART时钟是22．184 MHz。开发人员可根据实际的电路板设定来设置UART时钟频率。 需要说明的是：第一次make Linux内核时，可清除所有目标文件，并重新创建从属文件(dependency)。如果要修改内核的配置，则可调用"make dep"。操作步骤如下： #make clean #make dep(FA526一Linux提供了内核脚本文件(shell-script)"mkbootp．sh"，这可以使Make内核更容易。) #．／mkbootp．sh 上述操作可创建名为bootplmage的最终内核映像文件(kernel image)和名为vmlinux的内核ELF文件。以下操作是修改mkbootp．sh的一个例子： (1)使用定制的ram-disk来为特殊规格的ramdisk修改"make bootpImage INITRD="。可修改"Default RAM disk size"来满足ramdisk的大小(见图4)。可在"Block devices"配置界面里通过"make xconfig"来设置。 (2)复制输出映像到特定目录： 在mkbootp．sh档案上修改"cp"这一行以符合需求。 Mkbootp．sh的内容是： "make hootpimage INITRD=／usr／src／arm-linux／images／ramdisk．gz"" "cp arch／arm／boot／bootpImage／tftpboot／mbootpImage" 建立ARMBOOT FA526一Linux使用ARMB00T来装载操作系统。FA526的ARMBOOT使用一个名为"faraday．h"的配置文件来配置各种不同的硬件环境。此文件被放在／usr／src／arm-linux／armboot一1．1．O／faraday．h。其可修改的内容和值包括(通常不需要改动)： 修改系统时钟。对于MediaCreative!平台，它的默认值是44 MHz。 修改UART时钟。对于MediaCreative!平台，应为22．1184 MHz。 修改Flash块号。对于MediaCreative!平台，Flash的块号是1。 修改好MAC和IP后，就可以通过以下命令来建立ARMBOOT： #cd／usr／src／arm-linux／armboot-1．1．0 #make 此时，系统会在目录里自动生成"armboot．bin"文件。此后便可根据这个指令将armboot烧人到FIE8100的Flash器件里，并编写特定镜像文件armboot．bin至Flash地址0x80400000。 通过ARMBOOT启动FA526 Linux 在开发阶段的好多部分，开发人员必须要做前期规划来修改或下载代码直到得到想要的结果。在这样的情况下，需要armboot来下载和运行代码的具体步骤如下： (1)在Linux主机上设置trip服务器，并设置／etc／xinetd．d／tftp。 (2)在此状态下使用Linux making shell(mkbootp．sh)编译代码，并生成Linux代码至目录／tftpboot．要运行Linux代码，需按以下步骤执行： 重启FIE8100开发板(MediaCreative!)。 选择"90) GO ARMB00T"。 确认Linux-Host和F1E8100的IP地址是正确的，（printenv)。 输入命令：tftp Ox2000000 mbootplmage，以下载代码。 通过命令"go Ox2000000"启动Linux，直至出现Linux启动信息。 [b]Linux的使用 [/b] 在完成以上操作后，armboot就可烧入在MediaCreative!开发板上的Flash里。以后，要通过armboot来运行Linux操作系统以对FIE8100平台进行开发验证，可执行以下操作： (1)开启MediaCreative!开发板，运行"MPEG4 Burnin"，使系统出现Linux运行选项； (2)键入"空格"键，进入Linux操作系统。 [b]结束语 [/b] 以上通过智源科技的FIE8100 SOC平台的设计使用，介绍了兼容ARM V4指令集的32位RISC处理器和该SoC平台的Linux操作系统，它具有低功耗、便携带的优点、开发人员可将Linux--2.4.19软件在FIE8100的平台上安装实现，并进行二次开发和验证。