【文章內(nèi)容簡介】 配合的方式來實(shí)現(xiàn)，這是編程中的重點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)的測試PCIE驅(qū)動(dòng)的安裝調(diào)試完成之后，應(yīng)對其功能和性能指標(biāo)測試，以檢驗(yàn)其能否滿足設(shè)計(jì)要求。PCIE驅(qū)動(dòng)的功能和性能指標(biāo)由測試程序完成。 本章小結(jié)文章對根據(jù)需求建立了一種高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案，并對各功能部件的選取作了說明。還簡單講解了數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)的開發(fā)總體流程。9第三章 系統(tǒng)硬件及Linux開發(fā)環(huán)境的搭建第三章 系統(tǒng)硬件及Linux開發(fā)環(huán)境的搭建本論文所講述的高速數(shù)據(jù)采集嵌入式系統(tǒng)主要功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，支持PCIE總線等。根據(jù)項(xiàng)目我們選擇了powerpc體系結(jié)構(gòu)的MPC85xx系列處理器作為主控。硬件以MPC85xx處理器為核心，以通用引導(dǎo)程序uboot作為系統(tǒng)的bootloader。采用交叉編譯的方式編譯內(nèi)核、uboot以及驅(qū)動(dòng)程序，開發(fā)工具是飛思卡爾的MPC85xxltib。本章介紹了系統(tǒng)硬件的基本情況和交叉編譯環(huán)境的搭建。 系統(tǒng)硬件 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)，它由對輸入信號進(jìn)行調(diào)理的模擬前端、對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和傳輸?shù)腜CIE高速數(shù)據(jù)采集卡以及對數(shù)據(jù)進(jìn)行接受和處理的嵌入式控制器三個(gè)部分組成。這里主要對PCIE高速數(shù)據(jù)采集卡和嵌入式控制器進(jìn)行簡要說明。 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件框架 嵌入式控制器及其功能本論文所述的嵌入式主控制器是基于飛思卡爾的MPC8536E PowerQUICC控制器。MPC8536E集成了一個(gè)具有顯像、連絡(luò)以及通信應(yīng)用所需要的的系統(tǒng)邏輯的PowerPC?處理器核心，MPC8536E使用e500內(nèi)核和高速互連技術(shù)，以平衡處理器與I/O系統(tǒng)的吞吐量性能。它的CPU頻率為1GHZ，內(nèi)存大小為512MB。E500核心實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的BookE指令集體系結(jié)構(gòu)，并提供了前所未有的硬件和軟件調(diào)試支持。它具有如下特征：一個(gè)32位高性能BookE增強(qiáng)型e500v2核，而且還具有36位物理尋址的能力；一個(gè)具有ECC能力的512K字節(jié)的L2高速緩存，能XOR加速的SEC（Integrated security engine）；先進(jìn)的電源管理控制器，動(dòng)態(tài)的功耗管理方式使功耗降低；、設(shè)備雙角色控制器；兩個(gè)具有TCP/IP加速和歸類能力的10/100/1000兆增強(qiáng)型三速以太網(wǎng)控制器，并具有通過SerDes接口支持串行GMII接口和對IEEE ；三個(gè)使用SerDes接口的PCI Express174。控制器；兩個(gè)串行ATA接口；DDR2/DDR3 SDRAM內(nèi)存控制器，它提供了對主存的存取并支持最大32GB的主存；可編程中斷控制器（PIC），支持OpenPIC體系的邏輯可編程結(jié)構(gòu)，支持外部、信息、內(nèi)部中斷和全局高分辨率時(shí)鐘；增強(qiáng)型串行外設(shè)接口（eSPI）；四通道DMA控制器；兩個(gè)I2C控制器；雙通用異步接收器/發(fā)送器（DUART）；增強(qiáng)型本地總線控制器（eLBC）；16個(gè)可獨(dú)立配置的通用I/O信號；低成本PCB封裝引腳[[] MPC8536E III? Integrated Processor Reference Manual,]?？刂破鞯墓δ苤饕浅跏蓟⒆R別采集卡，獲取采集卡上的資源，控制采集卡上DDR的數(shù)據(jù)和控制器上內(nèi)核空間內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，并可以將該數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序進(jìn)行交換。采集到數(shù)據(jù)可以在控制器的控制下，由用戶程序通過千兆網(wǎng)絡(luò)接口傳輸?shù)竭h(yuǎn)端或者將數(shù)據(jù)通過SATA接口傳輸?shù)酱笕萘坑脖P中。這些數(shù)據(jù)是原始的數(shù)據(jù)，可以對這些數(shù)據(jù)作相應(yīng)處理和分析。 MPC85xx主控制器框圖 PCIE高速數(shù)據(jù)采集卡我們自行設(shè)計(jì)了一款高速數(shù)據(jù)采集卡，它主要由FPGA、DDR II、ADC、PCI Express接口組成。在FPGA的控制下，ADC對模擬通道送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并存在DDR中，同時(shí)將其由PCIE接口傳到嵌入式控制器中。它的控制器為FPGA，可以配置PCIE接口寄存器、基地址寄存器、內(nèi)存空間，作為主總線DMA的控制器以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集。DDRII作為緩存設(shè)備為快速傳輸提供了大容量的存儲(chǔ)空間，它利用FPGA的IP Core技術(shù)實(shí)現(xiàn)。 嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境的建立要在本系統(tǒng)的嵌入式控制器上進(jìn)行底層開發(fā)，必須建立嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境，因?yàn)榍度胧皆O(shè)備的硬、軟件資源不支持在目標(biāo)板內(nèi)直接進(jìn)行開發(fā)，需要在主機(jī)上建立嵌入式開發(fā)的軟件環(huán)境，并通過相應(yīng)的方式將需要的文件加載到目標(biāo)板上。開發(fā)環(huán)境的搭建就是在一定的主機(jī)上（這個(gè)主機(jī)要指明它的CPU和操作系統(tǒng)）構(gòu)建相應(yīng)的開發(fā)工具。一般來講，x86體系結(jié)構(gòu)的電腦是我們常用作開發(fā)使用的主機(jī)，而基于Linux的各種發(fā)行版本的操作系統(tǒng)作為主機(jī)的操作系統(tǒng)。嵌入式Linux開發(fā)工具包含了目標(biāo)板的開發(fā)所具備的所有工具，同時(shí)應(yīng)當(dāng)按照主機(jī)的環(huán)境來集成這些工具。在上面我們講到，主機(jī)一般是x86體系架構(gòu)，而嵌入式目標(biāo)板一般都是RISC結(jié)構(gòu)的非x86平臺。所謂交叉開發(fā)，就是指在一種型號的處理器上編譯生成可在另一型號處理器上運(yùn)行的代碼。交叉開發(fā)優(yōu)勢巨大，具體體現(xiàn)如下：在現(xiàn)今，我們所用的電腦一般都具有強(qiáng)大的功能，它的CPU運(yùn)算速度快、處理能力強(qiáng)、一般都具有功能的強(qiáng)大操作系統(tǒng)予以支撐，這些優(yōu)點(diǎn)是嵌入式目標(biāo)板不具有的，這些性能特點(diǎn)使得在主機(jī)上開發(fā)比在嵌入式目標(biāo)板下開發(fā)更快、更高效；由于RISC體系結(jié)構(gòu)處理器的特點(diǎn)，盡管可執(zhí)行代碼的運(yùn)行速度很快，但其源程序的編譯往往需要花費(fèi)較長時(shí)間，如果直接在目標(biāo)處理器上進(jìn)行，尤其在較為低檔的處理器上，僅編譯速度就無法接受[[] [D].上海：上海大學(xué)控制理論與控制工程,]。 LTIB開發(fā)工具LTIB(Linux Target Image Builder)是用來開發(fā)和移植包括Powerpc、X8SH等諸多嵌入式目標(biāo)平臺的板級支撐包的一個(gè)工具。LTIB可以用來管理、配置、擴(kuò)展和創(chuàng)建Linux軟件元素，以使創(chuàng)建Linux內(nèi)核目標(biāo)鏡像、根文件系統(tǒng)更加容易。LTIB的主要特征包括：遵循GPL的開源；能夠在大多數(shù)流行Linux主機(jī)版本上運(yùn)行；具有Curse配置界面的命令行接口；支持多目標(biāo)體系結(jié)構(gòu)；根文件系統(tǒng)包設(shè)置；支持bootloader和內(nèi)核鏡像制作；配置時(shí)工具鏈可選；支持glibc和uclibc；RAMDISK和JFFS2 flash鏡像創(chuàng)建支持等。本文使用的是由飛思卡爾公司提供的MPC8536RDKltib。 開發(fā)環(huán)境建立底層開發(fā)的整體環(huán)境為嵌入式交叉開發(fā)調(diào)試環(huán)境，[[] MontaVista．MontaVista Linux Professional Edition Userls Guide ,]。 交叉開發(fā)環(huán)境圖中我們看到主機(jī)端處理器是奔騰酷睿雙核，并在此系統(tǒng)上安裝有飛思卡爾開發(fā)工具M(jìn)PC8536RDKltib工具。目標(biāo)機(jī)是MPC85XX系列板。主機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間通過串口和局域網(wǎng)連接。，開發(fā)環(huán)境的建立應(yīng)該是依次在主機(jī)上安裝ubuntu和飛思卡爾開發(fā)工具M(jìn)PC8536RDKltib，以下是開發(fā)環(huán)境的建立步驟：ubuntu的安裝。本文是在C盤裝有windows xp的主機(jī)上，在D盤預(yù)留20G空間，采用WUBI安裝到系統(tǒng)的D盤。安裝完成后，應(yīng)當(dāng)搭建編譯環(huán)境，安裝相應(yīng)的工具gcc、buildessential、zlib1gdev、libncursesdev、mbison、rpm等。MPC8536RDKltib的安裝。在Freescale官網(wǎng)下載LTIB的BSP包，根據(jù)用戶手冊，在ubuntu環(huán)境下運(yùn)行LTIB的安裝程序并編譯LTIB。命令步驟如下：（1）用超級用戶把ISO文件映射到ununtu系統(tǒng)中$mount –o loop /mnt（2）在非超級用戶下安裝LTIB$ /mnt/install在安裝過程中會(huì)提示安裝的目錄，本系統(tǒng)安裝在/home/bobo下，安裝完成之后可以對LTIB進(jìn)行配置配置完成就可以生成必要的鏡像及文件系統(tǒng)。 LTIB配置界面交叉開發(fā)環(huán)境的搭建。Ubuntu安裝成功后，應(yīng)在其上搭建與目標(biāo)機(jī)之間通信的服務(wù)，如TFTP、NFS、mini等，建立交叉開發(fā)環(huán)境。在這里，由于在系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的開發(fā)過程中，為了避免頻繁的向目標(biāo)板傳輸驅(qū)動(dòng)程序，我們在開發(fā)的時(shí)候采用了NFS服務(wù)啟動(dòng)目標(biāo)板的方式，以是開發(fā)更方便，NFS搭建如下：（1）在根文件下建立tftpboot目錄，將其權(quán)限改為777，鏈接rootfs文件到tftpboot下，并在電腦服務(wù)器端下載并安裝NFS$ sudo ln –s /home/bobo/ltib/rootfs /tftpboot/rootfs $ sudo aptget install nfskernelserver portmap（2）配置共享文件，在/etc/exports文件最后添加/tftpboot/rootfs/ *(rw,no_root_squash,async)$ gedit /etc/exports（3）重啟NFS服務(wù)$sudo /etc/$sudo /etc/交叉編譯環(huán)境是否搭建成功，應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的測試，檢查編譯器是否正常，可在終端輸入：powerpcnonelinuxgnuspegcc –c –o 如果編譯通過，則成功。而對于主機(jī)與目標(biāo)板間的通信服務(wù)需要連接目標(biāo)板測試。 本章小結(jié)本章主要介紹了高速數(shù)據(jù)采集嵌入式系統(tǒng)的硬件原理結(jié)構(gòu)和嵌入式交叉編譯環(huán)境的建立。首先簡要介紹了在系統(tǒng)硬件總體原理結(jié)構(gòu)，并對嵌入式主控制器的性能及其主要特征和PCIE數(shù)據(jù)采集卡做了詳細(xì)介紹；然后對本項(xiàng)目的嵌入式的交叉編譯環(huán)境的建立做了詳盡的闡述，包括主機(jī)操作系統(tǒng)的安裝，LTIB工具的安裝與編譯，以及其它必要工具的搭建。15第四章 Linux系統(tǒng)移植第四章 Linux系統(tǒng)移植在第二章中已經(jīng)敘述了本項(xiàng)目嵌入式開發(fā)的任務(wù)和步驟，首先完成交叉編譯環(huán)境搭建，然后安裝嵌入式Linux系統(tǒng)到目標(biāo)板，嵌入式Linux系統(tǒng)的移植包括系統(tǒng)引導(dǎo)啟動(dòng)程序Uboot的移植、Linux內(nèi)核移植以及根文件系統(tǒng)的制作。 UBoot移植 UBoot簡介Bootloader是嵌入式電路板啟動(dòng)時(shí)的硬件初始化程序，它我系統(tǒng)內(nèi)核引導(dǎo)準(zhǔn)備環(huán)境。如通用計(jì)算機(jī)的啟動(dòng)程序不同，它依賴于具體的嵌入式硬件電路，不存在一勞永逸的bootloader。Uboot，是一種現(xiàn)在用的最多的bootloader，它的全名是universal bootloader，也就我們常說的通用bootloader[[] :// ]。它是一種廣泛支持諸如linux引導(dǎo)和管理啟動(dòng)鏡像的多平臺、開源、通用的引導(dǎo)程序。它的名字“通用”有兩層含義[[] [M].北京:人民郵電出版社,]。第一個(gè)含義，可以引導(dǎo)多種操作系統(tǒng)，最常用的包括linux、vmworks等。另外一層含義則是它支持多種架構(gòu)的CPU，它支持PowerPC，MIPS，x86，ARM，NIOS，XScale等。正是由于UBoot具有如此廣泛的通用性，其源代碼的容量已超過了一般Boot Loader的大小。相應(yīng)。UBoot有如下特點(diǎn)：開放源碼；支持多種處理器系列；支持多個(gè)操作系統(tǒng)等[[] 朱小遠(yuǎn),[M].北京：電子工業(yè)出版社,]。 UBoot移植要點(diǎn)所謂移植，其核心就是找出現(xiàn)有的資源與所期望的目標(biāo)之間在一些關(guān)鍵細(xì)節(jié)上的區(qū)別，然后在現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上，變更這些區(qū)別之處，使之不斷向期望的目標(biāo)接近。UBoot支持的CPU和操作系統(tǒng)繁多，且每塊電路板的外設(shè)搭配不一樣，導(dǎo)致了UBoot的移植有一定的難度，但是其移植的總體方法是一致的。結(jié)合項(xiàng)目所用到的目標(biāo)板，以下給出了UBoot具體的移植步驟及其方法：獲得發(fā)布的最新版本UBoot源碼?？梢栽赨boot官網(wǎng)下載還可以通過參考板的供應(yīng)商獲??；2．研究資料。在開發(fā)前，應(yīng)當(dāng)研究相關(guān)資料，以期在開發(fā)前勾勒出開發(fā)策略，同時(shí)在開發(fā)過程中出現(xiàn)的問題基本都能找到解決的方式。在Uboot的源碼下，有很多說明文檔，特別是關(guān)于Uboot的說明文檔，它給出了初學(xué)者如何看懂uboot配置信息，如何配置Uboot，如何編譯的詳盡的內(nèi)容；再者官方的DENX uboot和內(nèi)核指導(dǎo)手冊——DULG[[] ．]，當(dāng)你遇到問題時(shí)，它可能成為你得力的助手。3．確定參考板是移植工作的重中之重。根據(jù)目標(biāo)板上搭載的的處理器、FLASH、SDRAM的情況，找一款與之盡可能相似的參考板，移植該參考板的UBoot到目標(biāo)板上。4．修改相應(yīng)文件根據(jù)目標(biāo)板搭載的硬件配置情況，對參考板的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行修改。移植Uboot應(yīng)當(dāng)采用由簡到繁的步驟，先以能夠正常啟動(dòng)系統(tǒng)為先決條件，然后逐漸添加設(shè)備支持，以達(dá)到完成整體目標(biāo)的效果。要能正常啟動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)修改下列文件[[] 劉剛，[M].北京：清華大學(xué)出版社，]：（1）目標(biāo)板的配置頭文件，在Uboot的include/configs目錄下，在該文件中，設(shè)置了引導(dǎo)的方式有NAND FLASH、RAMBOOT等方式及其相應(yīng)的基地址；設(shè)置了處理器及其他設(shè)備的相關(guān)參數(shù)；設(shè)置了大多數(shù)的寄存器等。（2）硬件的驅(qū)動(dòng)程序文件文件，如board/freescale/,它是一些硬件的驅(qū)動(dòng)程序，例如PCI、PCIE、SATA、網(wǎng)卡等，并對目標(biāo)板進(jìn)行初始化；（3）其他相關(guān)文件，主要是硬件配置及其參數(shù)不一致時(shí)，應(yīng)該添加或修改其相關(guān)程序，如flash，DDR等。串口調(diào)試。串口在調(diào)試過程中是非常重要的設(shè)備，通過串口輸出了重要的信息，只有根據(jù)這些信息我們才能知道UBoot是否移植成功，才能找出問題之所在。串口有沒有打印信息，跟兩個(gè)因素密切相關(guān)：串口驅(qū)動(dòng)和裝載引導(dǎo)程序的設(shè)備的寄存器設(shè)置。任何一個(gè)因素出錯(cuò)，串口將無法打印信息。 系統(tǒng)嵌入式控制器的UBoot移植前面已經(jīng)給出了移植的通用具體過程，就本項(xiàng)目中的Uboot移植而言，其大同小異，在次設(shè)計(jì)采用的是將Uboot下載到SD卡上引導(dǎo)內(nèi)核啟動(dòng)。系統(tǒng)啟動(dòng)的基地址為0xf8f80000，目標(biāo)板屬于高位啟動(dòng)類型。項(xiàng)目采用MPC85xxS作為參考板，參考板本身支持的設(shè)備眾多，功能強(qiáng)大。我們所要的功能參考板上已經(jīng)具備，而參考板本身支持的設(shè)備已經(jīng)超出項(xiàng)目