arm最小系统构架.doc

S3C44B0X的最小系统构架
一、前言
    ARM7TDMI是世界上广泛使用的32位嵌入式RISC处理器，是目前用于低端的ARM处理器核。它的高性能，低功耗，廉价和精简的程序代码一直是市场上的领先者。ARM公司研发了针对ARM图形化的编译器，连接器和调试器，这为整个嵌入式系统的开发调试提供了较好的环境。Samsung S3C44B0微处理器是三星公司提供的高性价比和高性能的微控制器解决方案，它使用ARM7TDMI核，从SamsungS3C4510B停产后，SamsungS3C44B0X更成为同类芯片的主流。
    现今许多嵌入式系统要实现复杂的功能都需要操作系统支持，有了操作系统的支持，编写特定的应用程序就比较容易了。本文以uClinux最新源代码包为基础，修改代码以适合S3C44B0X的系统，包括启动程序bootloader，Linux内核源代码修改，根文件系统的定制。
二、硬件架构
    一个最小的嵌入式系统包括以下几个部分：CPU、SDRAM、FLASH。但为了调试方便本文介绍的系统带了网口和串口，网口用于传输数据大批量数据，串口用于传输字符数据，这样就可以和主机通信了。硬件框图如图1所示。
 
图1系统硬件框图
    系统实验板主要芯片(CPU，UART，FLASH(ROM)，ETHERNETSDRAM)，管脚连接如图2所示。
 
图2 S3C44B0X与SDRAM，Flash，以太网口，串口的连接图
三、软件架构
    基于uClinux的嵌入式系统软件一般由三部分构成：启动程序(bootloader)、内核文件(kernel)、根文件系统(rootfs)。uClinux源代码包含程序库，Linux内核和根文件系统所需要的应用程序源代码，而启动程序要自己编写。
    启动程序先初始化CPU，然后引导uClinux操作系统，操作系统引导起来后会加载根文件系统，加载根文件系统有几种方式，这里采用blockmemory技术(可以避免在启动时传递内核rootfs位置的参数)。根文件系统使用romfs文件系统，这种文件系统相对简单，很适合嵌入式系统的应用。这三部分在FLASH和内存的分配地址如图3和图4所示。
 
图3 flash地址分配
 
图4内存地址分配
    最难调试的部分应该是启动程序部分；对于以后的内核可以根据串口输出的错误信息来判断。笔者采用ARM公司的调试工具AXD来调试bootloader。
(bootloader)
    bootloader有两大功能：初始化CPU和引导Linux内核(采用将压缩内核拷贝到内存解压方法，这样可以加快启动速度)。
(1)初始化CPU
    1)中断向量
    ARM要求中断向量表必须放置在从0地址开始，连续8×4字节的空间内。每当一个中断发生以后，ARM处理器便强制把PC指针置为向量表中对应中断类型的地址值。因为每个中断只占据向量表中1个字的存储空间，只能放置一条ARM指令，使程序跳转到存储器的其他地方，再执行中断处理。
    所以0地址开始的地方，分配为flash的空间，在0地址开始处放中断向量，作为uClinux的启动代码，实现方式如下：
b  reset
add pc,pc,#0x
0c000000
add pc,pc,#0x0c000000
add pc,pc,#0x0c000000
add pc,pc,#0x0c000000
add pc,pc,#0x0c000000
add pc,pc,#0x0c000000
add pc,pc,#0x0c000000
  0x0c000000为内存起始地址，uClinux将中断向量放入地址0x0c000008，因为cpu发生中断时仍然会跳转到0地址处的中断向量表中去，所以此处要修改中断向量表的地址，使程序能正确跳转到uClinux实现的中断向量处。由于ARM系统的三级流水线技术，当程序执行到x地址处，pc指针的值其实等于x+8。
  在uClinux中相关代码如下：
#ifdef CONFIG_ARCH_S3C44B0
#undef vectors_base()
#define vectors_base() (0x0c000008)
#endif
  add pc,pc,#0x0c000000这条语句将会有8的偏移量，当pc等于0时，这条指令的执行结果为pc=0x0c000008。
    2)中断处理
    这段reset代码放在flash中。这样系统每次复位后，会执行flash上的reset代码。
初始化存储器系统
初始化堆栈
  在初始化堆栈时应该特别注意，堆栈指针