基于ARM&Linux图形用户界面开发平台的设计

摘要：本文首先介绍了自行研制的基于AT91RM9200的ARM板ARM221及显示模块的硬件电路设计;其次描述了嵌入式Linux系统在目标板ARM221上移植过程及界面相关硬件驱动程序的开发;最后移植了开源嵌入式界面系统MiniGUI到目标板ARM221。

1引言嵌入式产品如PDA、机顶盒、WAP手机等迅速地普及，给广大的非专业用户带来了极大方便。同时，这些产品都需要有高性能、稳定可靠的GUI（图形用户界面）来提供支持。

因此，在嵌入式产品的开发过程中，关键的一步就是嵌入式图形用户界面开发平台的设计。本文介绍了一种基于ARM、Linux及MiniGUI的图形用户界面系统开发平台的设计过程。

2硬件平台设计及开发环境的搭建2。1硬件平台设计硬件平台ARM221为自行研发的基于AT91RM9200处理器芯片的ARM板，其核心板结构图如图1所示。AT91RM9200处理器是一款基于ARM920T内核的高性价比、低功耗、32位的ARM芯片，时钟频率为180Mhz，运算速度可达到200MIPS。AT91RM9200具有存储器管理单元(MMU)、16KB的SRAM和128KB的ROM以及外部总线接口(EBI)，支持SDRAM、静态存储器、BurstFlash、CompactFlash、SmartMedia以及NANDFlash，还集成了USB控制器、以太网控制器、RTC、SPI、I2C等丰富的外围设备。AT91RM9200处理器内部没有集成LCD控制器，因而需要配备专用的显示控制器，才能实现LCD显示。

系统选用了一款应用比较广泛的LCD控制器S1D13506，它是EPSON大规模显示控制器家族中较新的一款。它的输出可以驱动VGA显示或者最大为800×600的点阵LCD显示屏，可以灵活地对各种不同的显示方式进行设置，功能非常强大，可以和目前市场上流行的多种CPU总线兼容。另外显示器选用了一款东华的320×240-16bppTFT-LCD。S1D13506的PC卡总线接口可以很方便地与AT91RM920相连，其与总线接口信号相关的信号为：数据总线DB[15：0]、地址总线AB[21：1]、片选信号CS、高位读写信号WE1、写使能信号WE0、输出读使能命令信号RD、选择读写显存还是读写S1D13506寄存器信号M/R。

AT91RM9200的EBI总线接口用以确保多个外设与基于ARM器件的内置控制存储器之间实现正确数据传输。静态存储器、SDRAM及BurstFlash控制器均可作为EBI上的外部存储控制器。EBI拥有8个片选信号(NCS[7：0])，可处理多达8个外设的数据传输；数据通过8位或者16位数据总线进行传输；地址总线高达26位。在16位总线宽度下，EBI与显示控制器相关的总线接口信号有：数据总线DB[15：0]、地址总线AB[21：1]、片选信号NCS2(对应的地址为0x30000000)、使能高字节读与写操作信号NWR1、使能字节或半字节读/写信号NRD/NWR0及复位信号NRST。由上述接口信号的定义分析得出，S1D13506与AT91RM9200的总线连接图如上图2所示。

2。2交叉编译环境的搭建移植Linux前，需要在宿主机上建立ARM-Linux的交叉编译环境，社区的开发者和一些芯片厂商已经编译出了常用体系结构的工具链，安装简单，使用这些工具链，可以大大减少工作量。针对移植的Linux内核版本2。4。26，选用cross-2。95。3。tar。bz2工具链。另外，MiniGUI的交叉编译，还需要一些字体、图形等库文件的支持，这些库文件包括：zlib-1。2。3。tar。gz（该库是后面几个库编译的基础）、libpng-1。0。10rc1。tar。gz（png图形）、jpegsrc。v6b。tar。gz（jpeg图形）、freetype-1。3。1。tar。gz（TrueType字体）等，在进行MiniGUI交叉编译之前，需要把这些库安装到交叉编译器中去。安装过程比较简单，可查找相关资料。

3嵌入式Linux系统移植及相关驱动程序开发3。1嵌入式Linux系统移植移植嵌入式Linux系统是实现嵌入式系统图形用户界面的系统软件核心。嵌入式Linux系统包括引导程序(Bootloader)、内核(kernel)和根文件系统三个部分。嵌入式Linux移植到特定的硬件平台上，一般需要以下五个步骤：①前期准备包括从上下载嵌入式Linux的源码包、搭建交叉编译开发环境、配置主机的开发环境等；②配置Bootloader，并将其烧写到目标平台的Flash上，使其能正常的启动内核；③配置和编译Linux内核，首先要对源码进行一定的修改，并将其移植到目标平台上，然后再根据自己的硬件资源进行裁减，使内核达到最优；④制作RAMDISK来挂接Linux的根文件系统，并在RAMDISK上添加自己的应用程序；⑤部署Linux系统使目标板脱离交叉开发环境，直接在目标机上本地启动运行。由于篇幅所限，关于Linux的具体移植过程将不做详细介绍。

3。2相关设备驱动的开发设备驱动在Linux内核中扮演着特殊的角色。它们是一个个独立的“黑盒子”，使某个特定硬件响应一个定义良好的内部编程接口，这些接口完全隐藏了设备的工作细节。用户的操作通过一组标准化的调用执行，而这些调用独立于特定的驱动程序。Linux系统的设备分为字符、块和网络设备三种。字符设备是指存取时没有缓存的设备。块设备的读写都有缓存来支持，并且块设备必须能够随机存取。网络设备在Linux里做专门的处理。

3。2。1LCD控制器S1D13506驱动程序的开发①帧缓冲区驱动程序接口LCD控制器的功能就是产生驱动信号，进而驱动LCD。用户只需要读写一系列寄存器，就可以配置和显示驱动，在配置LCD控制器中最重要的一步是帧缓冲区的指定。帧缓冲区为图像硬件设备提供了一种抽象化处理，它代表了一些视频硬件设备，允许应用软件通过定义明确的界面来访问图像硬件设备。用户程序只要与帧缓冲区驱动程序抽象出来的接口打交道，就可以把要显示的内容从缓冲区中读出，从而显示到屏幕上。

在Framebuffer（帧缓冲）驱动程序里最核心的结构体是structfb_info，它记录了当前Framebuffer硬件设备的状态，其定义在Linux的include/linux/fb。h中，其中主要的结构体有：(1)structfb_fix_screeninfo：定义了显示设备自身的属性，如屏幕缓冲区的物理地址和长度等。(2)structfb_var_screeninfo：记录了桢缓冲区设备和指定显示模式的可修改信息，主要包括屏幕的分辨率、颜色数和一些时序变量。实际的编程中，通过赋值来设置这两个结构体的相关参数。