基于32位RISC处理器SoC平台的Linux操作系统实现

引言

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。

fa526介绍

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。

fie8100 soc平台介绍

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!。

受基于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。

fa526-linux的构建和开发

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。

linux的使用

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。

结束语

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。