基于ARM9內核的軟硬件平臺設計

　　其中Sibl是bootstrap加載并執行的第一個引導程序，在程序大小上受到bootstrap加載的限制，因此設計上盡量做到了小型化和功能專一。它除了完成最基本的硬件初始化以外，主要功能是實現其他程序(包括Uboot)從NAND Flash的加載，完成下一級Bootloader運行之前的內存地址空間分布。

　　第二級Bootloader采用功能強大的sourceforge開源軟件Uboot。Uboot的主要功能是完成嵌入式操作系統啟動前的底層硬件初始化，并為Linux內核提供啟動參數，最終引導操作系統Linux內核啟動。另外,為了實現程序鏡像文件編程寫入NAND Flash，Uboot嵌入了一個NAND子系統，通過 Uboot的用戶命令行實現對NAND Flash的讀/寫操作，可將程序鏡像寫入NAND Flash指定的地址空間。

　　(2) 嵌入式操作系統

　　LPC3180 內部集成了ARM926EJS處理器內核，帶存儲器管理單元MMU，支持多數主流嵌入式操作系統。系統通過編寫板級支持代碼，移植了 Linux2.6.10作為平臺操作系統，利用穩定的Linux2.6內核實現任務調度、進程管理、內存管理等功能，同時，針對Linux的可配置性，對內核進行裁剪和硬件驅動代碼添加，系統實現了一個小型但功能強大的內核程序，適應了嵌入式系統存儲資源相對緊缺的狀況。

　　5 系統啟動流程分析

　　由上面的軟件結構組成分析可知，整個系統啟動流程分為3個步驟：

　　① 系統上電后，首先從片上ROM固化的bootstrap程序執行。bootstrap用于完成外部引導程序下載并跳入執行。bootstrap運行過程首先讀輸入引腳GPIO_01。如果GPIO_01置為高，則從NAND Flash下載程序引導系統啟動;如果置為低，則依次檢測USB接口和UART5接口，通過外部連接下載引導程序。系統通過設置GPIO_IO跳線來控制bootstrap啟動過程，本例將GPIO_01置為高，從NAND Flash下載程序。

　?、?系統啟動的第二階段是運行bootstrap下載的引導程序Sibl。Sibl完成系統必要的初始化后，從NAND Flash加載鏡像程序到指定的SDRAM空間。鏡像程序在起始位置添加了64字節的頭信息，用于Sibl識別和加載，頭信息數據結構如下：

　　struct image_header {

　　uint32_tih_magic;/*鏡像頭信息同步字，Sibl通過該字識別程序*/

　　uint32_tih_hcrc;/*鏡像頭信息CRC校驗碼*/

　　uint32_tih_time;/*存儲鏡像創建時間*/

　　uint32_tih_size;/*鏡像數據大小*/

　　uint32_tih_load;/*鏡像加載地址*/

　　uint32_tih_ep;/*鏡像入口地址*/

　　uint32_tih_dcrc;/*鏡像數據CRC校驗碼*/

　　uint8_tih_os;/*操作系統信息*/

　　uint8_tih_arch;/*CPU體系結構類型*/

　　uint8_tih_type;/*鏡像類型*/

　　uint8_tih_comp;/*壓縮類型*/

　　uint8_tih_name[32];/*鏡像名稱*/

　　}

　　Sibl 從NAND Flash起始地址開始搜索。如果讀到鏡像同步字ih_magic，則識別鏡像程序，并根據偏移地址讀取程序大小ih_size和加載地址 ih_load，將程序加載到指定的SDRAM空間;加載完成后根據CRC校驗碼ih_dcrc對SDRAM數據進行CRC檢測;最后根據鏡像類型 ih_type判斷鏡像是否可執行，若可執行，則跳入鏡像入口地址ih_ep，否則Sibl繼續搜索NAND Flash鏡像程序。

　　鏡像程序使用U-boot提供的工具mkimage添加頭信息，命令格式如下：

　　mkimage-A arch-O os-T type-C comp-a addr-e ep-n name-d data_file image

　　圖6 系統啟動過程內存空間分布圖

　　③ 完成Sibl加載后，內存空間分布如圖6所示，系統進入啟動流程的第三階段U-boot。U-boot完成Linux內核鏡像的解壓縮和操作系統啟動前的初始化，最終跳入內核入口地址，完成對Linux的引導。

　　6 系統性能分析

　　系統構建提供了一個完整的LPC3180嵌入式軟硬件平臺，下面對LPC3180浮點運算能力進行測試和分析。測試方法是使用一個浮點運算密集的算法，用 ADS編譯器分別編譯使能硬件VFP和軟浮點運算兩個版本的測試程序，并在不同的CPU時鐘頻率下比較運行時間，結果如表1所列。

　　分析實驗數據，可以得出結論：VFP協處理器在相同時鐘頻率下，提高了5倍左右的浮點運算性能。因此，LPC3180平臺結合VFP協處理器，能夠實現復雜的浮點運算密集算法。在微控制器中集成硬件浮點運算單元，這使得微控制器的數據處理能力大大提高，能夠勝任多數的數字信號處理應用。

　　表1 浮點運算結果

　　結語

　　本文介紹了以LPC3180微控制器為核心的嵌入式軟硬件平臺的設計與實現，并測試、驗證了LPC3180的浮點運算性能。該平臺對于LPC3180的應用開發具有借鑒意義。目前LPC3180在醫療器械、工業控制、POS機、數字信號處理等領域有著廣泛的應用。

　　參考文獻

　　[1] LPC3180 User Manual. http://standardics.philips.com.

　　[2] ISP1301 User Manual. http://semiconductors.philips.com.