【正文】 2 是三星公司于 2020 年 9 月發(fā)布的新型雙核處理器。因此，單獨從提供一個內(nèi)核的運行效率的方法是有局限性的。 本文的主要內(nèi)容 在 TC4 平臺上實現(xiàn)九軸傳感器驅(qū)動 操作系統(tǒng)中， Google 提供了 11 中傳感器供應用層使用。包括返回 x、 y、 z 三軸的加速度數(shù)值的加速度傳感器（ Gsensor）；返回 x、 y、 z 三軸的環(huán)境磁場數(shù)據(jù)的磁力傳感器（ Msensor）；返回三軸的角度數(shù)據(jù)，方向數(shù)據(jù)的單位是角度的方向傳感器（ Osensor）；返回 x、 y、 z 三軸的角加速度數(shù)據(jù)的陀螺儀傳感器（ Gyrosensor）；檢測實時的光線強度的光線感應傳感器；返回當前的壓強的壓力傳感器；返回當前的溫度的溫度傳感器；檢測物體與手機的距離的接近傳感器；輸出重力數(shù)據(jù)的重力傳感器（ GVsensor）；返回減去重力加速度之后加速度值的線性加速度傳感器（ LAsensor）以及返回旋轉(zhuǎn)矢量的旋轉(zhuǎn)矢量傳感器（ RVsensor）。為消減系統(tǒng)總成本和增強總體功能， S3C6410 集成了許多硬件外設，比如攝像頭接口、 TFT 真彩色 LCD 控制器、 4 通道 UART、電源系統(tǒng)管理、 32 通道 DMA、 4 4 通道定 時器、 I2C 總線接口、 I2C 總線接口、通用 I/O 接口、 USBHost、 USBOTG、3 通道 SD/MMC Host 控制器以及時鐘生成生 PLL。 S3C6410 有極佳的外部存儲器接口能力，可以滿足高端的通信業(yè)務帶寬的要求。相對于過去的芯片，外設更加完善，而且運行頻率高達 667MHz。 在外設方面， S3C2410 具有 4 個外部請求線的 DMA。 ARM920T內(nèi)核由 ARM9TDMI、 MMU（存儲管理單元）和高速緩存三部分組成。整合 MEMS 加速計、陀螺儀和地磁感應計的模塊正在進入更多市場。 自 2020 年 iPhone4 采用陀螺儀起，陀螺儀在手機中被迅速采用。 加速度傳感 器通過 MEMS 器件向處理器提供三個方向的加速度數(shù)值。從此，平板電腦得到了有力的推廣，享有非常高的市場規(guī)模。 [1] 圖 嵌入式系統(tǒng)的應用 平板電腦（ Tablet），是一種小型、方便攜帶的個人電腦，以觸摸屏作為基本的輸入設備。 公認的，我們可以把嵌入式系統(tǒng)定義為一種以計算機技術為基礎，面向應用的，軟硬件可裁剪，適用于系統(tǒng)對功能、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。該項目將在 Samsung 的平板電腦平臺上首次加入九軸傳感器。 傳感器設備是便攜設備中提高用戶體驗的重要組成部分。與 PC 平臺不同，嵌入式便攜設備通常采用以 Linux 內(nèi)核為基礎的 Android等更加適合其處理器架構的操作系統(tǒng)。 TC4 項目是 Samsung 半導體中國研究所針對 Exynos4x12 多核應用處理器的開發(fā)成立的項目。它所強調(diào)的要點是：計算機不為表現(xiàn)自己，而是輔助它所在的宿主設備，使得宿主設備的功能智能化、網(wǎng)絡化。嵌入式系統(tǒng)有著廣泛的應用前景和發(fā)展?jié)摿?，嵌入式系統(tǒng)技術已經(jīng)成為了最熱門的技術之一。 2020 年 1 月 27 日， Apple 公司解決了電容觸摸屏的技術問題，發(fā)明了多點觸摸技術，推出 iPad，開創(chuàng)了平板電腦的時代。 傳感器設備的應用 在主流的平板電腦和只能手機當中，加速度傳感器和磁傳感器已經(jīng)成為標配。它通過霍爾傳感器來檢測地球磁場傾角，而磁傳感器能提供精確的 3D 行進方向。比如整合加速計、陀螺儀和磁感應計，并均衡地利用三者的各自優(yōu)點，可在在導航解決方案的核心部分實現(xiàn)一個所謂的慣性測量單元（ IMU）。運行的頻率可以達到 203MHz。 CP14 用于調(diào)試控制， CP15 用于存儲系統(tǒng)控制以及測試控制。 (2)ARM11 開發(fā)平臺 —— 三星 6410 平臺 與 S3C2410 一樣， S3C6410 也是三星公司的一款應用處理器，與 S3C2410不同的是， 6410 處理器基于 ARM1176JZFS 內(nèi)核。 ANR1176JZFS 的架構能支持 JAVA 加速。 Flash/ROM 端口支持 NAND FLASH、 NOR FLASH、 CF、 OneNAND 和 ROM 類型外部存儲器。 傳感器設備的應用現(xiàn)狀 操作系統(tǒng)中， Google 提供了 11 中傳感器供應用層使用。在這些傳感器 5 中，比較重要和常用的，也是筆者在本項目中參與驅(qū)動開發(fā)的傳感器是加速度計傳感器、磁傳感器和陀螺儀。但由于受到器件的限制，在集成電路尺寸小到一定程度的時候，我們必須考慮到量子效應。在處理器的名稱中， x 表示核心的數(shù)量，即 4212 表示雙核處理器； 4412 表示 4 核處理器。 Exynos 4412 則是今年年初才推出的四核處理器，擁有 32nm HKMG（高 K金屬柵極技 術）制程，支持雙通道 LPDDR2 1066。使得傳感系統(tǒng)更加準確。這些都使得 TC4 平臺的總體性能達到了世界領先的水平。 研究的重點和難點 在主流的 平板電腦和只能手機當中，加速度傳感器和磁傳感器已經(jīng)成為標配。它通過霍爾傳感器來檢測地球磁場傾角，而磁傳感器能提供精確的 3D 行進方向。比如整合加速計、陀螺儀和磁感應計，并均衡地利用三者的各自優(yōu)點，可在在導航解決方案的核心部分實現(xiàn)一個所謂的慣性測量單元（ IMU）。 TC4 平臺將采用最新的 操作系統(tǒng)，這在業(yè)界是領先的。 在實現(xiàn)的方法上，由于傳感器要求的傳輸速率并不高，因此在通信協(xié)議上考慮使用 I2C 的接口方式。和之前的 Linux內(nèi)核一樣，它支持 I2C 的體系結構，在內(nèi)核代碼中已經(jīng)定義好了規(guī)范的結構體和接口函數(shù)。和操作系統(tǒng)抽象封裝下層一樣。 8 第二章 TC4 平臺簡介 基于 Exynos4x12 處理器的 tablelet 開發(fā)平臺 隨著智能手機、平板電腦等便攜式手持設備的快速發(fā)展，應用處理器（ AP）被廣泛應用到各種嵌入式系統(tǒng)當中。 TC4 平臺是面向平板電腦的開發(fā)平臺，采用的主處理器是 Exynos4x12。雙核 Exynos 4212 為移動設備系統(tǒng)架構師提供了一個新的解決方案，支持高品質(zhì)用戶體驗及智能手機和平。 4212 常采用雙核架構，五倍的圖形性能的提高和廣泛的內(nèi)存帶寬使其能夠滿足消費者對栩栩如生的多媒體內(nèi)容立即地、有反應般地傳輸?shù)男枨蟆? 對于 4412，它與 4212 具有相似的特征，依然采用了 的主頻，但是 9 核心的數(shù)量從雙核上升到了四核。在本課題涉及的 TC4 項目中，具體的內(nèi)容如下： 交叉編譯器 本項目使用 arm2020q3 交叉編譯器，能將 C 語言的源程序編譯成機器可以識別的二進制文件，生成鏡像供板子開發(fā)使用。 [5] TC4 項目使用了 Uboot 模板，通過修改 代、更改 Makefile文件，可以編譯生成能啟動到開發(fā)板上的 bootloader 鏡像。在裸板的情況下，硬件部門只能通過 JTAG 口來燒錄程序至芯片中的 emmc 中，當 uboot 已 10 經(jīng)錄入，在 uboot 模式下，可以通過 fastboot 等工具直接燒寫操作系統(tǒng)內(nèi)核的鏡像、操作系統(tǒng)的外殼鏡像，甚至新的 bootloader 的鏡像。比如最新的 Icecream Sandwich(ICS)系統(tǒng)的內(nèi)核版本是 。 調(diào)試、下載工具 TC4 平臺使用一系列工具連接開發(fā)用的 PC 機和開發(fā)板，用于燒錄和調(diào)試代碼，以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng) bug、完善功能。 通過 trace32，可以通過 JTAG 口燒錄 uboot 到開發(fā)版中，在板子出現(xiàn)故障、uboot 無法正常啟動的時候經(jīng)常會使用到。其實簡而言說， adb 就是連接 Android 設備與 PC端的橋梁，可以讓用戶在電腦上對 Android 系統(tǒng)進行全面的操作。 在使用 fastboot 的時候，要和 SecureCRT 配合，在 CRT 終端輸入 fastboot X（ x 默認值為 0，代表燒錄 emmc， x 可以設置為 1，代表燒錄 sd 卡）后可以在cmd 窗口下進行燒錄命令的操作。 fastboot flash system \path\ 燒錄 android 鏡像。在終端輸入 dnw addr（ TC4 工程下， addr 為 40000000），然后在 dnw 菜單欄中點擊 12 transmit，選擇好路徑即可，繼而在終端輸入 movi write emmcuboot 40000000，最后重啟板子即可完成燒錄。驅(qū)動程序的代碼已經(jīng)打包作為一個目錄防止在 linux 內(nèi)核的代碼當中了。 本課題研究九軸傳感器的驅(qū)動， TC4 項目使用的 Bosch 的 Bma250 三軸加速度傳感器、 Honeywell 公司的 Hmc5883 三軸磁傳感器和 Invensense 公司的mpu3050 三軸陀螺儀。 Datasheet 中的內(nèi)容非常豐富，不同的內(nèi)容分別在不同的階段用到，對于驅(qū)動工程師來說，最主要的內(nèi)容是硬件當中的一些參數(shù)設置和寄存器的使用。比如九軸傳感器使用的是 I2C 總線， 處理器內(nèi)部已經(jīng)集成了多個 I2C 模塊， Linux 內(nèi)核中也配合內(nèi)核中 I2C 模塊的代碼，并且定義好了接口。知道用戶自己編譯文件燒錄鏡像。由于嵌入式系統(tǒng)千差萬別，往往需要針對具體的應用進行修改和優(yōu)化，因而獲得源代碼就變得至關重要了。此外， Linux 還支持 ext fat3 romfs等文件系統(tǒng)，這些都為開發(fā)嵌入式系統(tǒng)應用打下了很好的基礎。比較常用的編輯器有兩個， nano 和 vi。基本上 vi 可以分為三種狀態(tài)，分別是命令模式（ mand mode）、插入模式（ Insertmode）和底行模式（ last line mode），各模式的功能區(qū)分如下 命令行模式下，用戶可以控制屏幕光標的移動，字符、字或行的刪除，移動復制某區(qū)段及進入 Insert mode 下， 或者到 last line mode。使用相關的指令，可以實現(xiàn)對文本的復制、替換、查詢、跳轉(zhuǎn)操作。 GCC 能處理 C 語言和 C++語言。 在一些龐大的工程中，通常有難以計數(shù)的源文件，按其類型、功能、模塊分別放在若干個目錄中，如果用 gcc 直接編譯這些文件，不僅非常耗時，而且難以 15 管 理。 （ 2） Gdb gdb 是 gnu 開源組織發(fā)布的一個強大的 linux 下程序調(diào)試工具。 gdb 的具體操作可以參考文獻。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡服務程序，如： ftp 和 tel 在本質(zhì)上都是不安全的，因為它們在網(wǎng)絡上用明文傳送口令和數(shù)據(jù)別有用心的人非常容易就可以截獲這些口令和數(shù)據(jù)。至于具體如何安裝服務器端，普通用戶就不需要關心了。在 16 調(diào)試工作當中，板子上的信息可以通過串口打印到 PC 終端上。我們可以把整個系統(tǒng)分為 workspace、 host 和 remote host 等幾個部分。因此 Linux 是世界上參與人數(shù) 最多的操作系統(tǒng)。作為開發(fā)者 ，需要深入理解開發(fā)的原理并且熟練使用開發(fā)工具。 Linux 內(nèi)核提供了對許多模塊類型的支持，包括但不限于，設備驅(qū)動。每個設備驅(qū)動管理下的物理設備也被賦予一個從設備號。 （ 1）字符設備 一個字符設備是一種可以當作一個字節(jié)流來存取的設備。驅(qū)動程序的編寫可以通過編寫相應的函數(shù)來完成，以對上層提供訪問接口。數(shù)據(jù)塊的大小通常在 512 字節(jié)到 32768 字節(jié)之間。 通常 , 一個接口是一個硬件設備 , 但是它也可能是一個純粹的軟件設備 , 比如環(huán)回接口。我們可以用 mknod 命令創(chuàng)建設備節(jié)點，也可以在驅(qū)動程序中用 內(nèi)核的函數(shù)創(chuàng)建。對于字符型設備來說，最重要的是三個結構體： file_operations、 file和 inode。該成員不是一個操作，它是一個指向擁有這個結構的模塊的指針。 這常常是對設備文件進行的第一個操作，不要求驅(qū)動實現(xiàn)一個對應的方法。 當最后一個打開設備的用戶進程執(zhí)行 close()系統(tǒng)調(diào)用的時候，內(nèi)核將調(diào)用驅(qū)動程序 release()函數(shù)。 llseek 方法用作改變文件中的當前讀／寫位置，并且新位置作為返回值。；參數(shù) filp 為目標文件結構體指針， buffer 為要寫入文件的信息緩沖區(qū)， count 為要寫入信息的長度， offset 為當前的偏移位置，這個值通常是用來判斷寫文件是否越界。如果調(diào)用程序不傳遞第 3 個參數(shù)，模塊驅(qū)動收到的 arg 值沒有被定義。如果這個方法 是 NULL， mmap 系統(tǒng)調(diào)用返回 ENODEV。內(nèi)核源碼中通常用 flip 表示指向 file 結構體的指針，用以和 file 本身的名字相區(qū)別。提供了設備文件的信息。對于單個文件，允許有多個表示 打開的文件描述符的 file 結構，但它們都指向同一個 inode 結構。雖然每個文件都有相應的 inode 結點，但是只有在需要的時候系統(tǒng)才會在內(nèi)存中為其建立相應的 inode數(shù)據(jù)結構。其中，當 inode 指向一個字符設備文件時， i_cdev 成員是指向表示字符型設備 cdev 的指針。 struct inode 存在于磁盤上，作為描述設備驅(qū)動文件的信息的作用。內(nèi)核本身能識別部分指令，如果要添加新的指令，則要在函數(shù)中自己定 義。 cmd 命令是重要的參數(shù)，表明了要對 ioctl 操作的命令嗎。通過傳遞 cmd 命令，可以在 ioctl的 switch 語句中找到執(zhí)行的代碼。一旦這些文件的狀態(tài)變成設定的