基于数字电视系统的嵌入式linux操作系统实现

图2 MCU和I2C总线之间的连接

4.linux系统移植

在这一部分中，我们将解释linux操作系统的移植顺序。包括修改内核初始化代码和编写设备驱动程序。

4.1重建内核初始化代码

为了将linux内核加载到嵌入式系统中，有必要修改与硬件相关的内核初始化代码。这个过程包括设置存储器映射以便加载内核映像，以及为支持内核的运行而修改设备驱动程序。

4.1.1设置存储器映射

Linux内核映像是一种压缩文件，存放在flash存储器中，执行时被拷贝到SDRAM中并解压。图3描述了内存映像的加载顺序。

系统复位时，CPU只能接受flash ROM空间的代码，同时执行位于flash ROM底层的bootloader，它负责从主机端下载代码并且将代码存储到flashROM中。

1）bootloader将主机的linux内核拷贝到数字处理模块上的SDRAM中。

2）SDRAM中被下载的linux内核映像被存储在flash ROM中位于bootloader顶层的空间中。

3）系统初始化，同时，bootloader调用linux映像内的一段执行代码（head.o），将全部flash ROM空间中的内容拷贝到SDRAM中。

4）CPU利用系统管理寄存器，将flash ROM中的初始地址空间与SDRAM的初始地址空间相交换。
当flash ROM中的映像被加载到SDRAM之后，无需改变程序计数器就可以执行代码（head.o）。图4中显示了最终的存储器映射。

拷贝到SDRAM中的linux映像可解压执行，为了完成释放功能，需要一些存储器空间，例如符号开始段、用户堆栈、分配的内存等。在这些空间中，一个压缩的linux内核映像被解压工具释放出来，被释放的代码位于被分配的内存空间的下一地址。

4.1.2 内核需要的设备

内核需要的基本设备包括中断控制器、定时器和控制台设备。这些设备被映像到MCU的内部寄存器中，通过修改内部寄存器而提供必要的功能。

4.2设备驱动的设计

数字电视系统包括视频处理设备和模拟输出设备以及内核所必须的设备，本文为I2C总线接口（PCF8584）设计一个设备驱动。PCF8584设备驱动包括接口模块、内核模块、算法模块、适配器模块，如图5所示。

接口模块提供设备驱动程序与应用程序之间的接口，定义设备文件操作（open, read, write, ioctl,release）以及初始化设备文件（/dev/i2c0）；内核模块用来增加或移除适配器、定义I2C总线的功能以及初始化包含系统信息的文件系统（/proc）；算法模块用来初始化PCF8584设备以及定义PCF8584的函数（i2c_start,i2c_stop(), wait_for_pin()）；适配器模块通过被映射到MCU的存储器地址将数据传送到MCU。

为了驱动PCF8584接口设备，需要对模块进行初始化。在通常的linux系统中，设备驱动在运行时载入和初始化，而在嵌入式linux系统中，设备驱动将在启动阶段被加载和初始化。4个模块的初始化程序被存储在“.init”段的“_init”处，由“do_initcalls()”函数在启动时调用执行。控制数据从接口模块开始，依次经内核模块、算法模块、适配器模块传送。接口模块接收应用程序的请求(open, write, read, ioctl)，调用内核模块的接口程序(master_send(), master_receive(),transfer())，同时传递参数。内核模块将从地址、标记位、信息长度等数据传送到算法模块。算法模块检查I2C总线的状态和从地址，设置PCF8584的控制寄存器。最后，适配器模块从被映射到外部总线的地址空间中读写数据。