關于嵌入式Linux在PMP消費類電子產品上的應用探討淺析

Linux 是一種適合于嵌入式系統的開源操作系統，可以高效地處理各種復雜的任務。從基于TI DM320的PMP 解決方案入手，以TI DM320 平臺為例，提出一種在PMP 系統上應用嵌入式Linux 的方法，探討了Bootloader 啟動程序和嵌入式Linux 內核的移植過程。

1 引言

PMP （Portable Multimedia Player，便攜式多媒體播放器），也就是通常人們所說的MP4，現在是消費類電子產品的一個新熱點[1].而TI 的解決方案是基于該公司的DM320 DSP，其處理器為DSP+ARM 雙核處理器架構，利用DSP 進行音視頻編解碼和圖像編解碼等多媒體處理，ARM 處理器負責系統管理及提供外圍設備接口。該方案在多媒體性能與綜合成本方面極具競爭力。但是軟件編程相對復雜以及產品開發周期較長。

2 PMP軟件體系框架

PMP 軟件最底層是操作系統層，該層主要包括Bootloader 引導程序和嵌入式Linux 操作系統。

Bootloader 主要完成系統從Flash 的啟動、硬件各部分的初始化、LOGO 的顯示以及OS 的引導；嵌入式Linux 主要包括經過定制的適合在DM320 上運行的Linux 操作系統。

3 Bootloader引導程序的定制

3.1 DM320 下的Bootloader 的啟動過程

Bootloader是指系統啟動后，在操作系統內核運行之前運行的一段小程序。不同的Bootloader 的安裝介質Flash，系統的啟動過程是不一樣的。

1） 當安裝介質為NOR Flash 時，Bootloader 就可以直接在 Flash 閃存內運行，不必把代碼拷貝到系統RAM 中。啟動方式設置成外部Memory，這樣ARM的開始地址就從0xFFFF：0000 開始。然后在Bootloader 的程序中， 把入口地址設置成0xFFFF：0000 即可。

2） 當安裝介質為NAND Flash 時，系統上電以后，運行ROM 里面的啟動代碼，選擇啟動方式為：

AIM（Arm Internal Memory）ROM，ARM 的開始地址為0x0000：0000.然后ROM 里的程序會拷貝NANDFlash 里的User Bootloader 到處理器內部的RAM.

再次，執行User Bootloader 程序，完成初始化SDRAM 和驅動NAND Flash 的讀能力等少量工作。

最后初始化系統，將NAND Flash 中的主Bootloader拷貝到SDRAM 中執行，拷貝完成后，要把存放主Bootloader 的內存地址， 賦值給pc（ProgramCounter）指針。

3.2 DM320 下Bootloader 啟動程序的定制

本PMP 使用的Bootloader 為U-Boot.從Internet 上得到開源的U-Boot 程序，然后對DM320特有硬件環境進行初始化工作。

1） 修改Makefile 和Kconfig，目的是生成適合DM320 平臺的配置選項以及目標文件。在。/Makefile（當前目錄均為U-Boot 源碼樹根目錄）下加入如下語句：

dm320_config ： unconfig

@./mkconfig $（@：_config=） arm arm926ejsdm320

其中mkconfig 為一個腳本文件， 參數為（Target，Architecture，CPU ，Board）分別對應上面的四個參數（$（@：_config=） arm arm926ejsdm320）。

2） 在U-Boot 源碼樹下創建文件夾。/board/dm320.存放與DM320 平臺有關的文件。

3） 在。/board/dm320/platform.S 中加入對DM320 寄存器初始化賦值語句， 在。/cpu/arm926ejs 中對cpu.c 和start.S 修改，前者提供有關cpu操作的函數，后者為cpu 執行時的初始化代碼。

4） ./lib_arm/board.c 是完成初始化操作的主要文件。在文件中定義了一個初始化序列：

init_fnc_t *init_sequence[] = {

cpu_init， /* basic cpu dependent setup */

board_init， /* basic board dependent setup */

interrupt_init， /* set up exceptions */

env_init， /* initialize environment */

init_baudrate， /* initialize baudrate settings */

serial_init，/* serial communications setup */

console_init_f， /*init console */

display_banner， /* say that we are here */

dram_init，/*configure available RAM banks */

display_dram_config，

#if defined（CONFIG_VCMA9）

checkboard，

#endif

NULL，

}；

上述數組中函數序列依次執行。在完成初始化序列后，將是一些特定的操作。

4 Linux內核的定制

本系統中采用的Linux 內核版本號為2.6.5.要定制Linux 內核，不僅要修改內核源碼樹，而且要編寫相關外圍設備的驅動程序， 使之成為一個適合DM320 運行的OS 環境。

4.1 Kconfig 文件的修改

Kconfig 文件是用來對所要加載內核內容進行配置的文件，其腳本語言描述參考。\Documentation\kbuild.

首先，在內核目錄下。/arch/arm/Kconfig 中加入DM320 的配置選項，將DM320 框架加入內核，這樣才能在執行make menuconfig 配置內核時看到DM320 框架。修改內容如下：

choice

prompt “ARM system type”

default ARCH_DM320_20

表示：在配置ARM 架構的系統時：默認的就是DM320 框架。

source“arch/arm/mach-dm320-20/Kconfig”

表示：把DM320 框架下的配置選項也引入，同時把其他CPU 框架去掉，這樣方便選擇。比如：

#source “arch/arm/mach-clps711x/Kconfig”

#source“arch/arm/mach-integrator/Kconfig”（“#”表示注釋掉相關的內容）

最后把內核配置選項中對DM320 開發有用的選進來。比如：

source “drivers/char/Kconfig”

if （！ARCH_DM320_20）

source “sound/Kconfig”

endif

表示：需要開發字符設備的驅動，而不需要聲音的支持。

因為要把CODEC 編入內核，所以還要加入對CODEC 支持的配置選向。

source “codecs/modules/Kconfig”

如果要加入一個新的外圍設備，也需要在Kconfig文件中加入相應的內容。比如說要加入一個三星的4寸TFT-LCD 的驅動，就需要修改。/drivers/char/Kconfig 文件，并加入以下內容：

config DM320_SAMSUNG_4_LCD

tristate “DM320 SAMSUNG 4.0 inch 16：9TFT LCD”

depends on ARCH_DM320_20 &&BOARD_400H

default y

help

This driver provides support for SAMSUNG4.0‘ 16：9 TFT-LCD

for DM320 Platform.

config DM320_SAMSUNG_4_LCD：表示增加

新的配置入口。一旦這個配置選項被選中就會在。/include/linux/autoconf.h 中有： #defineCONFIG_DM320_SAMSUNG_4_LCD 1

這樣整個內核源碼中都可以使用CONFIG_DM320_SAMSUNG_4_LCD 進行特定選擇。

tristate “DM320 SAMSUNG 4.0 inch 16：9TFT-LCD”：在引號里的內容是在配置選項中的提示文字。tristate 表示除了可以選擇[*]，[ ]外，還可以選擇[M]，表示把當前內容當成模塊編譯。

depends on ARCH_DM320_20 && BOARD_400H： 如果配置平臺框架時選擇了ARCH_DM320_20，在選擇型號時選擇BOARD_400H，就能看到三星4 寸TFT-LCD 配置選項。

default y：表示默認把此驅動編入內核。

help：help 的內容為對內核進行配置時，選中幫助選項所看到的內容。

4.2 Makefile 文件的修改

Makefile 根據配置文件。config 形成編譯源文件列表，GNU 編譯工具對源文件進行編譯，把目標代碼鏈接在一起，形成Linux 內核二進制文件。Makefile分布在各源代碼目錄中。

在作者所進行的PMP 設備開發中，首先是對主Makefile 的修改，比如：

ARCH：= arm

CROSS_COMPILE：=arm-linux-（對編譯器的選項修改為ARM 平臺）

EXTRAVERSION = -our0

EXTRAVERSION 變量值被附加在內核版本編號之后，成為內核建立后的最終版本。項目中使用的內核版本號為2.6.5，加上EXTRAVERSION 變量后，最終的版本就是2.6.5-our0，表示開發過程中零號內核版本。

對其他子目錄的Makefile 文件的修改則相對容易。以加入三星4 寸TFT-LCD 驅動為例說明，當需要把此驅動模塊加入相應的內核源碼樹時， 要在。/drivers/char/Makefile 文件中加入如下內容：

obj-$（CONFIG_DM320_SAMSUNG_4_LCD） +=dm320_lcd_samsung4.o

5 總結

本文探討了嵌入式Linux在PMP消費類電子產品上的應用，并實現了啟動程序Bootloader 和Linux內核的移植和定制。目前一些項目產品已經過嚴格測試，成功推向市場。