Blackfin及嵌入式uClinux在数据采集系统中的应用 - 软件编程/O

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在数据采集系统中，数字处理是系统核心内容之一；然而随着科技发展，越来越多的功能需求使得采集系统的外设也越来越复杂，外设通讯和驱动编写成为一项复杂和繁琐的工作。以应用为中心的嵌入式系统为此类需求提供了一个良好的解决方案，能够适应实际应用中对功能、可靠性、成本、体积、功耗的严格要求。ADI公司的Blackfin系列处理器将嵌入式微控制器和DSP融为一体，取二者之长，提高了系统工作效能，大大降低了成本。同时，多线程的实时嵌入式操作系统也可增强采集系统的实时性、稳定性。对开发者来说，Blackfin处理器和μClinux的结合很有吸引力。

系统结构及硬件平台

本数据采集系统主要由2个数据采集通道、1个触发通道、ADc转换及存储电路、DSP及FPGA控制部分组成，并包含有以太网、RS232接口、USB、TFT液晶显示部分。系统硬件平台原理框图如图1所示。



信号从采集通道进入，经过信号调理电路进入ADC，被转换后的数字信号即进入FPGA、DSP进行数字控制处理。经过DSP处理过的信号，可送至其它外设以显示、存储，或通讯。

BF531为系统的核心部分之一，供电电压3.3V，内核电压1.2V，为了使系统能够开机自动从FLASH中启动，设置。BMODE为00，即从外部存储器启动。FPGA、片外SDRAM、FLASH，以及USB和液晶直接和bf531通过地址线、数据线相连。

系统中应用了TFT LCD液晶显示模块FG050605DNC：，该LCD控制简单，只有RGB每色5个共15个信号，以及数据使能、数据时钟和行频、场频控制信号。LCD晶直接由DSP控制，DSP的Timerl、Timer2提供行、场频信号，PPI口传输数据，由FPGA提供时钟，配置μClinux开辟一块framebuffer作为显示数据存储区，配合Linux下的液晶驱动，即可工作。

软件设计

由于DSP中运行的是基本上已经成熟的算法和控制流程，所以软件设计的主要工作为在DSP中嵌入操作系统。

U-Boot的移植

U-Boot的移植主要分为两个层面，一个是对CPU的移植，一个是针对Board的移植。U-Boot中已经有大量可直接下载到某些开发板上的程序，为了减小工作量，可选一个最接近自己设计的开发板来进行修改。本设计中采用了stamp目标板。

具体如下：

(1)拷贝board下面的文件夹stamp，重命名为mybf531，作为即将要修改配置的目标板。拷贝cpu下面的文件夹bf533，重命名为bf531，作为将要修改的cpu bf531。再将board和bf531文件夹中所有关于stamp板的文件名及包含头文件等改为mybf531；将所有关于bf533的文件名及包含头文件等改为bf531。注意文件间的依赖关系，确定是该添加文件还是修改文件，并记录文件改动。

(2)Makefile文件

在u-boot根目录下的makefile文件中添加bf531和mybf531的编译规则，如下：

ifeq($(CPU)，bf531)
OBJS+=cpu／$(CPU)／start 1.0
OBJS+=cpu／$(CPU)／interrupt.0
0BJS+=cpu／$(CPU)／cache.0
OBJS+=cpu／$(CPU)／cplbhdlr.0
OBJS+=cpu／$(CPU)／cplbmgr.O
OBJS+=cpu／$(CPU)／flush.O
OBJS+=cPu／$(CPU)／
init sdram.O
endif
mybf531_config： unconfig
@．／mkconfig$(@：_config=)
blackfin bf531 mybf531

(3)include／configs／mybf531.h

板子的功能配置信息大都在include／configs／mybf531.h中，故拷贝stamp.h并修改其中的启动信息和配置信息。重点修改部分如下：
时钟信息：

#define CONFIG CLKIN HZ
11059200
#deftne CONFIG VCO MULT
36
#deftne CONFIG SCLK DIV
5

FLASH信息：
#deftlie CFG MAX
FLASH SECT 67
#define CFG ENV ADDR
0x20004000
#defilie CFG ENV SIZE
0x2000
#deftne CFG ENV SECT SIZE
0x2000
#defi!qe CFG FLASH ERASE
TOUT 30000
#define CFG FLASH ERASE
TOUT 30000

SDRAM信息：
#define CONFIG MEM SIZE
128
#define CONFIG MEM ADD
WDTH 11
#deftlie CONFIG MEM
MT48LC64M4A2FB 7E 1

其它配置信息

#defilie AMBCTLOVAL
0xBBC3BBC3
#define AMBCTL 1 VAL
0x99839983
#define VDSP--ENTRY--ADDR
0xFFA00000
并将板子上不需要的功能的宏定义作相应设置。

(4)Board的移植

检查board／mybf531／中所有文件，首先将board和CPU的相关stamp.h、stamp.C改为bf531.h和mybf531.C，并检查其文件的设置、包含的头文件和宏定义是否正确。在board／mybf531／config.mk中，找到
TEXT_BASE=0x03FC0000
PLATFORM_CPPFLAGS+=-
I$(TOPDIR)
修改其中的TEXT_BASE值为SDRAM的最大地址与CFG_MONITOR_LEN之差。

(5)CPU的移植

检查cpu／bf531／中所有文件，首先将board和cpu的相关stamp.h、stamp.C改为bf531.h和mybf531.C，并检查其文件的设置、包含的头文件和宏定义是否正确。

cpu／bf53 1／cpu.C文件的修改主要在于配置SDRAM页的大小属性，设置ICPLB、DCPLB、cache的状态设置，icplb_table和dcplb_table和其相应属性的修改。

(6)其它

在以下文件夹中找到下面函数，检查并根据具体要求修改

init IRQ() cpu／bf531／ints.C
flash_init()drivers／
cfi_flash.C
env_init() common／
env flash.C
init_baudRate() lib_blackfin/
board．C
serial_init() cpu/bf531/
serial.C
console_init_f()； common／
console.C
display_banner()；lib_blackfin／
board.C
checkboard()； board／stamp／
stamp.C
timer_init()； cpu／bf531／
interrupts.C

至此，U-Boot的修改配置基本完成，重新编译U-Boot代码，将得到的u-boot.bin通过JTAG口下载到目标板，如果能够通过串口输出启动信息，表明移植基本成功。其间仍需多次修改。移植成功后可相应对功能进行增删。

μClinux的移植下载

本文选择了httP：//blackfin.UClinux.org中提供的μClinux-dist-RO6R2-RC2.tar.bz2作为系统使用μClinux的源代码。解压缩之后就可以进行内核配置和内核编译了，内核配置即为内核制定适当的功能。在解压缩之后的源码根目录下，执行make menuconfig或make xconfig进行配置。

其中重要的部分如下：

(1)系统cpu的选择、系统板卡的选择及设置

Kernel executes from RAM
Cyrstal Frequency 1000Hz
SDRAM Memory Size in Mbytes
32 SDRAM Memory
Address Width 9
Baud Rate 57600
Enable DMA Support
(BFIN_DMA_5xx)
EBIU_AMBCTL Global Control
EBIU_AMBCTL Control

(2)系统外设选择及驱动设置

本系统外挂以太网、USB、LCD及SPI FALSH，使用RS232、PPI接口等，μClinux内核源文件已经包含支持Blackfin系列处理器的驱动，故只需对各接口进行驱动选择，对部分外设进行驱动编写即可。主要的设置如下：

Networking support(NET)
Device Drivers
Detect non-CFI AMD／JEDEC-C 0 m P a t i b 1 e fl a s h C h i P S(MTD jEDECPROBE)
ST MW320D compatible flashchip support(MTD_MW320D)
Support for RAM chips in busmapping(MTD_RAM)
Parallel port support(PARPORT)
SCSI device support
NetW0 rk deVice SUPPort(NETdevices)
Blackfin BF53x ProgrammableFlags Driver(BF533_PFLAGS)
B1ackfin BF5xx PPI Driver(BF5xx_PPI)
Support for flame buffer devices(FB)
FG0506 TFT LCD on uClinux(M Y B F 5 3 1 S T A M P)(FB_BF531_FG0506)
Support for Host-side USB(USB)

其中FG0506 TFT LCD onUClinux(MYBF531 STAMP)(FB_BF531_FG0506)为在／uClinux-dist／linux2.6.x／driver／video／下编写bf531_fg0506.C的液晶显示驱动，并改写该文件夹下的Makefile和Kconfig文件，将该选项编入?clinux源程序的配置选项中。

(3)操作系统内核的剪裁

Analog DeVice s BlackfinEmbedded Linux Applicationconfiguration菜单下为关于Linux系统应用程序的配置信息，可以添加或删除适合本系统的软件设置，应用程序等。例如，如果要在系统上使用图形界面，就需要在此部分中选择Microwindows下的microwin和nano-x的相应选项，或是将Qt／Embedded编人μClinux源文件，再编入系统内核中。除了适合系统的特殊需要，一般此项中的内容不需修改。
全部选择完成之后，使用make进行内核编译，在images文件夹下会生成内核文件：linux．ext2、uImage.ext2、vmlinux、rootfs.ext2、rootfs.jffs2等，分别对应不同的文件系统、不同功能大小的系统。

使用串口或以太网将内核下载到板子上，启动?clinux看到欢迎界面和root：/>后，嵌入式操作系统即移植成功。

结语

经调试、修改，最终生成的内核已可以运行，并对USB、以太网、LCD有良好的支持，节约了大量设备驱动及通讯协议的编写，给多外设的采集系统提供了良好的驱动解决方案，节约了开发周期和难度。