基于ARM&Linux圖形用戶界面開發(fā)平臺的設計

摘要：本文首先介紹了自行研制的基于AT91RM9200的ARM板ARM221及顯示模塊的硬件電路設計;其次描述了嵌入式Linux系統(tǒng)在目標板ARM221上移植過程及界面相關硬件驅動程序的開發(fā);最后移植了開源嵌入式界面系統(tǒng)MiniGUI到目標板ARM221。

1引言嵌入式產(chǎn)品如PDA、機頂盒、WAP手機等迅速地普及，給廣大的非專業(yè)用戶帶來了極大方便。同時，這些產(chǎn)品都需要有高性能、穩(wěn)定可靠的GUI（圖形用戶界面）來提供支持。

因此，在嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)過程中，關鍵的一步就是嵌入式圖形用戶界面開發(fā)平臺的設計。本文介紹了一種基于ARM、Linux及MiniGUI的圖形用戶界面系統(tǒng)開發(fā)平臺的設計過程。

2硬件平臺設計及開發(fā)環(huán)境的搭建2。1硬件平臺設計硬件平臺ARM221為自行研發(fā)的基于AT91RM9200處理器芯片的ARM板，其核心板結構圖如圖1所示。AT91RM9200處理器是一款基于ARM920T內核的高性價比、低功耗、32位的ARM芯片，時鐘頻率為180Mhz，運算速度可達到200MIPS。AT91RM9200具有存儲器管理單元(MMU)、16KB的SRAM和128KB的ROM以及外部總線接口(EBI)，支持SDRAM、靜態(tài)存儲器、BurstFlash、CompactFlash、SmartMedia以及NANDFlash，還集成了USB控制器、以太網(wǎng)控制器、RTC、SPI、I2C等豐富的外圍設備。AT91RM9200處理器內部沒有集成LCD控制器，因而需要配備專用的顯示控制器，才能實現(xiàn)LCD顯示。

系統(tǒng)選用了一款應用比較廣泛的LCD控制器S1D13506，它是EPSON大規(guī)模顯示控制器家族中較新的一款。它的輸出可以驅動VGA顯示或者最大為800×600的點陣LCD顯示屏，可以靈活地對各種不同的顯示方式進行設置，功能非常強大，可以和目前市場上流行的多種CPU總線兼容。另外顯示器選用了一款東華的320×240-16bppTFT-LCD。S1D13506的PC卡總線接口可以很方便地與AT91RM920相連，其與總線接口信號相關的信號為：數(shù)據(jù)總線DB[15：0]、地址總線AB[21：1]、片選信號CS、高位讀寫信號WE1、寫使能信號WE0、輸出讀使能命令信號RD、選擇讀寫顯存還是讀寫S1D13506寄存器信號M/R。

AT91RM9200的EBI總線接口用以確保多個外設與基于ARM器件的內置控制存儲器之間實現(xiàn)正確數(shù)據(jù)傳輸。靜態(tài)存儲器、SDRAM及BurstFlash控制器均可作為EBI上的外部存儲控制器。EBI擁有8個片選信號(NCS[7：0])，可處理多達8個外設的數(shù)據(jù)傳輸；數(shù)據(jù)通過8位或者16位數(shù)據(jù)總線進行傳輸；地址總線高達26位。在16位總線寬度下，EBI與顯示控制器相關的總線接口信號有：數(shù)據(jù)總線DB[15：0]、地址總線AB[21：1]、片選信號NCS2(對應的地址為0x30000000)、使能高字節(jié)讀與寫操作信號NWR1、使能字節(jié)或半字節(jié)讀/寫信號NRD/NWR0及復位信號NRST。由上述接口信號的定義分析得出，S1D13506與AT91RM9200的總線連接圖如上圖2所示。

2。2交叉編譯環(huán)境的搭建移植Linux前，需要在宿主機上建立ARM-Linux的交叉編譯環(huán)境，社區(qū)的開發(fā)者和一些芯片廠商已經(jīng)編譯出了常用體系結構的工具鏈，安裝簡單，使用這些工具鏈，可以大大減少工作量。針對移植的Linux內核版本2。4。26，選用cross-2。95。3。tar。bz2工具鏈。另外，MiniGUI的交叉編譯，還需要一些字體、圖形等庫文件的支持，這些庫文件包括：zlib-1。2。3。tar。gz（該庫是后面幾個庫編譯的基礎）、libpng-1。0。10rc1。tar。gz（png圖形）、jpegsrc。v6b。tar。gz（jpeg圖形）、freetype-1。3。1。tar。gz（TrueType字體）等，在進行MiniGUI交叉編譯之前，需要把這些庫安裝到交叉編譯器中去。安裝過程比較簡單，可查找相關資料。

3嵌入式Linux系統(tǒng)移植及相關驅動程序開發(fā)3。1嵌入式Linux系統(tǒng)移植移植嵌入式Linux系統(tǒng)是實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)圖形用戶界面的系統(tǒng)軟件核心。嵌入式Linux系統(tǒng)包括引導程序(Bootloader)、內核(kernel)和根文件系統(tǒng)三個部分。嵌入式Linux移植到特定的硬件平臺上，一般需要以下五個步驟：①前期準備包括從上下載嵌入式Linux的源碼包、搭建交叉編譯開發(fā)環(huán)境、配置主機的開發(fā)環(huán)境等；②配置Bootloader，并將其燒寫到目標平臺的Flash上，使其能正常的啟動內核；③配置和編譯Linux內核，首先要對源碼進行一定的修改，并將其移植到目標平臺上，然后再根據(jù)自己的硬件資源進行裁減，使內核達到最優(yōu)；④制作RAMDISK來掛接Linux的根文件系統(tǒng)，并在RAMDISK上添加自己的應用程序；⑤部署Linux系統(tǒng)使目標板脫離交叉開發(fā)環(huán)境，直接在目標機上本地啟動運行。由于篇幅所限，關于Linux的具體移植過程將不做詳細介紹。

3。2相關設備驅動的開發(fā)設備驅動在Linux內核中扮演著特殊的角色。它們是一個個獨立的“黑盒子”，使某個特定硬件響應一個定義良好的內部編程接口，這些接口完全隱藏了設備的工作細節(jié)。用戶的操作通過一組標準化的調用執(zhí)行，而這些調用獨立于特定的驅動程序。Linux系統(tǒng)的設備分為字符、塊和網(wǎng)絡設備三種。字符設備是指存取時沒有緩存的設備。塊設備的讀寫都有緩存來支持，并且塊設備必須能夠隨機存取。網(wǎng)絡設備在Linux里做專門的處理。

3。2。1LCD控制器S1D13506驅動程序的開發(fā)①幀緩沖區(qū)驅動程序接口LCD控制器的功能就是產(chǎn)生驅動信號，進而驅動LCD。用戶只需要讀寫一系列寄存器，就可以配置和顯示驅動，在配置LCD控制器中最重要的一步是幀緩沖區(qū)的指定。幀緩沖區(qū)為圖像硬件設備提供了一種抽象化處理，它代表了一些視頻硬件設備，允許應用軟件通過定義明確的界面來訪問圖像硬件設備。用戶程序只要與幀緩沖區(qū)驅動程序抽象出來的接口打交道，就可以把要顯示的內容從緩沖區(qū)中讀出，從而顯示到屏幕上。

在Framebuffer（幀緩沖）驅動程序里最核心的結構體是structfb_info，它記錄了當前Framebuffer硬件設備的狀態(tài)，其定義在Linux的include/linux/fb。h中，其中主要的結構體有：(1)structfb_fix_screeninfo：定義了顯示設備自身的屬性，如屏幕緩沖區(qū)的物理地址和長度等。(2)structfb_var_screeninfo：記錄了楨緩沖區(qū)設備和指定顯示模式的可修改信息，主要包括屏幕的分辨率、顏色數(shù)和一些時序變量。實際的編程中，通過賦值來設置這兩個結構體的相關參數(shù)。