嵌入式操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡加載實現(xiàn)

引言

在復雜的應用系統(tǒng)中通常都需要嵌入式操作系統(tǒng)的支持，這樣嵌入式操作系統(tǒng)鏡像文件的尺寸往往就會變得比較大。可以選擇通過網(wǎng)絡將嵌入式操作系統(tǒng)加載到SDRAM中運行來解決這一問題。另外，通過網(wǎng)絡進行操作時，只要將需要升級的軟件系統(tǒng)在主機端更新，然后嵌入式系統(tǒng)就可以通過網(wǎng)絡來加載更新后的軟件系統(tǒng)了。

硬件電路設計

本方案所選用的基本芯片包括Blackfin處理器ADSP-BF533、以太網(wǎng)控制器DM9000AE等，功能框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能框圖

DM9000AE驅動

本文中所述系統(tǒng)的網(wǎng)絡模塊基于DM9000AE，可以與多種不同的處理器方便地進行連接。
DM9000AE的數(shù)據(jù)讀寫通過兩個對外可直接訪問的寄存器來進行，其中INDEX port寄存器的地址=主控芯片片選基地址+0x0，DATA port寄存器的地址=主控芯片片選基地址+0x4。本系統(tǒng)將BF533的異步片選信號/ASM2連接至DM9000AE的片選引腳，因此本系統(tǒng)中INDEX port=0x20000000，DATA port=0x20000004。

數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)過以下幾個步驟：

1. 檢查主控芯片與DM9000AE之間使用的數(shù)據(jù)總線寬度。
(u8)io_mode= DM9000_ior (0xFE)>>7; /*寄存器ISR第7位IOMODE表示I/O數(shù)據(jù)寬度*/

2. 將數(shù)據(jù)幀寫入到DM9000AE的傳輸FIFO SRAM中。
/*DM9000_IO=0x20000000, DM9000_DATA=0x20000004*/
DM9000_outb(0xF8, DM9000_IO); /*在設置了寄存器MWCMD后，就可以將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)寫入SRAM中，并且寫指針設置為自動增加*/
if(io_mode==1) /*8位模式*/
for (i = 0; i TX_length; i++) /* TX_length表示待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀長度*/
DM9000_outb(TX_data[i], DM9000_DATA); /*待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀保存在數(shù)組TX_data 中*/
else if(io_mode==0) /*16位模式*/
{Length_tmp= (TX_length+1)/2;
for (i = 0; i Length_tmp; i++)
DM9000_outw((u16 *) TX_data[i], DM9000_DATA);}

3. 在寄存器TXPLH(0xFD)和TXPLL(0xFC)中設置傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀的長度。
DM9000_iow(0xFC, TX_length 0xff); /*將數(shù)據(jù)長度的低字節(jié)寫入寄存器TXPLL */
DM9000_iow(0xFD, (TX_length >> 8) 0xff); /*將數(shù)據(jù)長度的高字節(jié)寫入寄存器TXPLH */

4. 開始傳輸數(shù)據(jù)幀。
DM9000_iow(0x02, 1); /*將寄存器TCR的位0置1，向DM9000AE發(fā)出一個傳輸請求*/

5. 檢查傳輸是否完成。
while (DM9000_ior(0x02) 0x01) { /*檢查寄存器TCR的位0是否為0，如果為0就表示傳輸完成*/
if (get_timer(0) >=timeout) { /*檢查傳輸是否超時*/
printf(transmission timeout );
break;
}
}

數(shù)據(jù)接收

類似地，數(shù)據(jù)接收也要經(jīng)過如下幾個步驟：

1. 檢查DM9000AE的接收FIFO SRAM中是否接收到數(shù)據(jù)。
DM9000_ior(0xF0);
RX_ready= DM9000_inb (DM9000_DATA);
/*讀取數(shù)據(jù)到達標志 */
if (RX_ready == 0)
return 0; /*如果沒有數(shù)據(jù)到達，就返回調用此函數(shù)的原函數(shù)*/
if (RX_ready > 1)
reset(); /*當RX_ready 大于1時就說明DM9000AE處于異常狀態(tài)，需要復位*/
當RX_ready等于1時說明有數(shù)據(jù)到達，進入第二步

2. 被接收數(shù)據(jù)幀的狀態(tài)和長度檢查。
(u8)io_mode= DM9000_ior (0xFE)>>7;
DM9000_outb(0xF2, DM9000_IO);
if(io_mode==1){
RX_status = DM9000_inb (DM9000_DATA)+( DM9000_inb (DM9000_DATA)8);
RX_length = DM9000_inb (DM9000_DATA)+( DM9000_inb (DM9000_DATA)8);}
else if(io_mode==0){
RX_status = DM9000_inw (DM9000_DATA);
RX_length = DM9000_inw(DM9000_DATA);}

3. 接收數(shù)據(jù)幀。
if(io_mode==1)
for (i = 0; i RX_length; i++)
RX_data[i]=DM9000_inb(DM9000_DATA);
else if(io_mode==0)
{Length_tmp= (RX_length +1)/2;
for (i = 0; i Length_tmp; i++)
(u16 *) RX_data[i]=DM9000_inw(DM9000_DATA);}

4. 對接收的數(shù)據(jù)幀進行錯誤檢驗。
if((RX_status 0xbf00) || (RX_length 0x40)|| (RX_length > 1536)) {
if (RX_status 0x100) {
printf(rx fifo error );} /*FIFO溢出錯誤*/
if (RX_status 0x200) {
printf(rx crc error );} /*CRC校驗和錯誤*/
if (RX_status 0x8000) {
printf(rx length error );} /*接收的幀小于64字節(jié)*/
if (RX_length > 1536) {
printf(rx length too big ); /*接收的幀大于1536字節(jié)*/
dm9000_reset();}
}

網(wǎng)絡啟動的實現(xiàn)

本系統(tǒng)是在基于BF533+ DM9000AE的嵌入式硬件平臺上，通過U-Boot在自啟動時使用TFTP從網(wǎng)絡加載μclinux。

U-Boot源代碼移植

DM9000AE的驅動位于U-Boot的driver目錄下，如果要使用此驅動，可以在include/configs目錄下相應系統(tǒng)的頭文件中加入宏定義語句。自定義系統(tǒng)可以根據(jù)基于相同體系結構的參考系統(tǒng)頭文件來創(chuàng)建自己的頭文件，比如，本系統(tǒng)以ezkit533系統(tǒng)為模板創(chuàng)建頭文件mybf533.h，并且加入以下宏定義語句：

#define CONFIG_DRIVER_DM9000???1?/*使用DM9000AE驅動*/
#define CONFIG_DM9000_DEBUG???1?/*使用debug模式*/
#define CONFIG_DM9000_BASE??0x20000000?/*基地址*/
#define DM9000_IO?????0x20000000?/*IO地址*/
#define DM9000_DATA?????x20000004?/*數(shù)據(jù)地址*/

為了簡化U-Boot系統(tǒng)的設置，還可以把網(wǎng)絡參數(shù)通過宏進行定義。

TFTP相關設置

為了實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)在上電后自動通過TFTP從主機下載并運行μClinux操作系統(tǒng)，需要設置U-Boot的自啟動命令。下面的命令是設置環(huán)境變量tftp_boot，它包含的操作是通過tftp命令將文件名為uImage的文件從主機下載至目標系統(tǒng)的0x1000000地址處。下載完畢之后，從0x1000000處對嵌入式操作系統(tǒng)解壓縮并運行：
set tftp_boot ‘tftp 0x1000000 uImage;bootm 0×1000000’
接下來將tftp_boot設置為自啟動命令：
set bootcmd run tftp_boot
還可以通過設置bootdelay環(huán)境變量來改變U-Boot運行自啟動命令之前的等待時間。
最后要使用U-Boot的save命令來將剛才設置的環(huán)境變量保存到Flash中。

為了讓目標系統(tǒng)能夠正確地從主機中下載操作系統(tǒng)，要對主機的TFTP服務器進行設置，主機的IP地址必須與U-Boot中設置的服務器IP地址相同，其次是主機中文件的名字必須與U-Boot的環(huán)境變量tftp_boot中設置的文件名相同。

通過以上的設置，現(xiàn)在目標系統(tǒng)上電之后，在設定的時間之內沒有任何按鍵的情況下，就會通過網(wǎng)絡從主機的TFTP服務器下載并運行μClinux操作系統(tǒng)。

經(jīng)驗和建議

前面我們定義了一個宏CONFIG_DM9000_DEBUG，定義它是為了在系統(tǒng)調試的過程中輸出程序運行的相關信息，便于跟蹤系統(tǒng)運行和查找錯誤。在系統(tǒng)的調試階段打開相應的調試開關是很有必要的，但是當系統(tǒng)完成調試準備投入正常運行的時候，為了提高整個系統(tǒng)的運行效率，必須關掉相應的調試開關。要去掉網(wǎng)絡調試信息的輸出，只需要把CONFIG_DM9000_DEBUG宏的定義語句注釋掉就可以，對修改過的U-Boot重新編譯并運行，文件的下載速度比之前有了成倍的提高。

結語

本文所討論的內容不失一般性，可以本文為指導，在其它應用系統(tǒng)中實現(xiàn)嵌入式操作系統(tǒng)或者其它任何軟件系統(tǒng)的網(wǎng)絡加載。