基于數(shù)字電視系統(tǒng)的嵌入式linux操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

圖2 MCU和I2C總線之間的連接

4.linux系統(tǒng)移植

在這一部分中，我們將解釋linux操作系統(tǒng)的移植順序。包括修改內(nèi)核初始化代碼和編寫(xiě)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

4.1重建內(nèi)核初始化代碼

為了將linux內(nèi)核加載到嵌入式系統(tǒng)中，有必要修改與硬件相關(guān)的內(nèi)核初始化代碼。這個(gè)過(guò)程包括設(shè)置存儲(chǔ)器映射以便加載內(nèi)核映像，以及為支持內(nèi)核的運(yùn)行而修改設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

4.1.1設(shè)置存儲(chǔ)器映射

Linux內(nèi)核映像是一種壓縮文件，存放在flash存儲(chǔ)器中，執(zhí)行時(shí)被拷貝到SDRAM中并解壓。圖3描述了內(nèi)存映像的加載順序。

系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，CPU只能接受flash ROM空間的代碼，同時(shí)執(zhí)行位于flash ROM底層的bootloader，它負(fù)責(zé)從主機(jī)端下載代碼并且將代碼存儲(chǔ)到flashROM中。

1）bootloader將主機(jī)的linux內(nèi)核拷貝到數(shù)字處理模塊上的SDRAM中。

2）SDRAM中被下載的linux內(nèi)核映像被存儲(chǔ)在flash ROM中位于bootloader頂層的空間中。

3）系統(tǒng)初始化，同時(shí)，bootloader調(diào)用linux映像內(nèi)的一段執(zhí)行代碼（head.o），將全部flash ROM空間中的內(nèi)容拷貝到SDRAM中。

4）CPU利用系統(tǒng)管理寄存器，將flash ROM中的初始地址空間與SDRAM的初始地址空間相交換。
當(dāng)flash ROM中的映像被加載到SDRAM之后，無(wú)需改變程序計(jì)數(shù)器就可以執(zhí)行代碼（head.o）。圖4中顯示了最終的存儲(chǔ)器映射。

拷貝到SDRAM中的linux映像可解壓執(zhí)行，為了完成釋放功能，需要一些存儲(chǔ)器空間，例如符號(hào)開(kāi)始段、用戶(hù)堆棧、分配的內(nèi)存等。在這些空間中，一個(gè)壓縮的linux內(nèi)核映像被解壓工具釋放出來(lái)，被釋放的代碼位于被分配的內(nèi)存空間的下一地址。

4.1.2 內(nèi)核需要的設(shè)備

內(nèi)核需要的基本設(shè)備包括中斷控制器、定時(shí)器和控制臺(tái)設(shè)備。這些設(shè)備被映像到MCU的內(nèi)部寄存器中，通過(guò)修改內(nèi)部寄存器而提供必要的功能。

4.2設(shè)備驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)

數(shù)字電視系統(tǒng)包括視頻處理設(shè)備和模擬輸出設(shè)備以及內(nèi)核所必須的設(shè)備，本文為I2C總線接口（PCF8584）設(shè)計(jì)一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)。PCF8584設(shè)備驅(qū)動(dòng)包括接口模塊、內(nèi)核模塊、算法模塊、適配器模塊，如圖5所示。

接口模塊提供設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與應(yīng)用程序之間的接口，定義設(shè)備文件操作（open, read, write, ioctl,release）以及初始化設(shè)備文件（/dev/i2c0）；內(nèi)核模塊用來(lái)增加或移除適配器、定義I2C總線的功能以及初始化包含系統(tǒng)信息的文件系統(tǒng)（/proc）；算法模塊用來(lái)初始化PCF8584設(shè)備以及定義PCF8584的函數(shù)（i2c_start,i2c_stop(), wait_for_pin()）；適配器模塊通過(guò)被映射到MCU的存儲(chǔ)器地址將數(shù)據(jù)傳送到MCU。

為了驅(qū)動(dòng)PCF8584接口設(shè)備，需要對(duì)模塊進(jìn)行初始化。在通常的linux系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)在運(yùn)行時(shí)載入和初始化，而在嵌入式linux系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)將在啟動(dòng)階段被加載和初始化。4個(gè)模塊的初始化程序被存儲(chǔ)在“.init”段的“_init”處，由“do_initcalls()”函數(shù)在啟動(dòng)時(shí)調(diào)用執(zhí)行?？刂茢?shù)據(jù)從接口模塊開(kāi)始，依次經(jīng)內(nèi)核模塊、算法模塊、適配器模塊傳送。接口模塊接收應(yīng)用程序的請(qǐng)求(open, write, read, ioctl)，調(diào)用內(nèi)核模塊的接口程序(master_send(), master_receive(),transfer())，同時(shí)傳遞參數(shù)。內(nèi)核模塊將從地址、標(biāo)記位、信息長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)傳送到算法模塊。算法模塊檢查I2C總線的狀態(tài)和從地址，設(shè)置PCF8584的控制寄存器。最后，適配器模塊從被映射到外部總線的地址空間中讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。