Slide 1:  锐极ARM9教学实验课程
锐极科技
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Slide 2:  嵌入式软硬件系统概述
基于ARM9核的主流嵌入式处理器技术
基于LINUX的主流嵌入式操作系统技术
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Slide 3:  32位MCU的常见构架
 ARM: ARM7/ARM9/ARM10 ...
 POWERPC
 COLDFIRE/M68K
 MIPS： AMD AU1200
 X86 : VIA edan
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Slide 4:  ARM体系结构概述
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Slide 5:  ARM体系结构概述
ARM-V1/2/3 ：已过期
ARM-V4
ARM-V5
• E －－提供增强型DSP指令集，
• J －－支持JAVA，提供字节代码执行的软硬件优化
例如i.MX21是ARM926EJ-S
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Slide 6:  流水线pipeline
N级流水线：支持N条执行同时执行，大大提高了CPU效率
ARM单周期指令3级流水线操作
【注】PC指向正在取指的指令，而不是正在执行的指令
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Slide 7:  支持两种存储器模式
内存地址
0x30000020
小端 little-endian模式：
－－字数据的高位字节存在高地址中
大端 big-endian模式：
－－字数据的高位字节存在低地址中
0x30000023
0x44
0x33
0x22
0x11
例如：x = 0x11223344;
内存地址
0x30000020
0x30000023
0x11
0x22
0x33
0x44
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Slide 8:  受益于ARM构架
 软硬件资源众多，工具丰富
 低功耗
 3寄存器指令操作，大大提高指令效率
 固定32bit指令长度，结构更为简单。并引入16bit的THUMB指令做
补充，可降低代码尺寸（40%的节省）
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Slide 9:  常见ARM9平台选型
i.MXL/MX21
EP9315
AT91RM9200
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Slide 10:  高性能PowerPC的应用
内置100M以太网接口
–高性能的网络通信能力
100M
以太网口
–以太网通信不占用PCI总线，系统
整体性能优于MPC8245
支持电信设备常用的HDLC接口
PCI插槽可接多种PCI设备
–PCI接口的3层以太网交换机芯片
–PCI接口的南桥芯片
–可用PCI接口的IDE控制卡（ultra
DMA100）扩展多个硬盘接口
PCI接口
支持8M字节 Flash
支持最大256M so-dimm内存条
HHPPC8250-3FEC-PCI-R1
266MHz ，CPM主频：200MHz，总
线频率：66MHz
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Slide 11:  高性能PowerPC的应用
适用于网络路由器、交换机、存储子系统、高端网络设备、印刷/成像设备、网络扫描器
•667MHz(600MHz~1GHz, 1850 MIPS at 800 MHz)
•2个千兆以太网口
•1个10/100M以太网口
•1路光纤接口
•166 MHz,DDR内存最大支持2G
•PCI2.1/2.2,64-bit
•PCI-X 64bit,133MHz
•Rapid I/O, 500 MHz, 8-bit,
•32 KB L1 data and 32 KB L1 instruction cache
•256 KB on-chip L2 cache
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Slide 12:  我们需要一个操作系统来管了

Linux 支持广泛的ARM体系CPU,目前已有数十
种不同厂家的芯片, 支持的板子也超过200多种，
并且越来越多的厂家在ARM上选择使用Linux系
统。

ARM Linux的资源丰富，有很多的系统方案提
供商
 可以方便地添加自己的ARM平台

ARM Linux的开发也在不断进行中
http://www.arm.linux.org.uk/
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Slide 13:  选择LINUX－网络时代最明智的选择
• VxWorks
• WinCE
• Embedded Linux
• Others
 超强的网络功能：在当今的网络互联的时代尤显重要
 开放的资源使之可任意裁减，适应小巧的嵌入式系统
 完全的免费
 即刻拥有全球数以千万计的共同爱好者及开发者，拥有极其丰富的资源
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Slide 14:  嵌入式LINUX的分类
 uClinux
系统更小，但因为C库的变更使得代码移植不够方便。
用户被赋予更多的权限，但责任也更大了。
 带MMU CPU上的嵌入式LINUX
armlinux & ppclinux
驱动和应用程序的移植都非常方便,有REDHAT LINUX这个最好的测试
工具，无论PPP拨号还是摄像头、USB无线网卡等驱动移植，都可先
在PC LINUX测试好了直接移植过来。
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Slide 15:  ARM Linux 概况

Linux 支持广泛的ARM体系CPU,目前已有数十
种不同厂家的芯片, 支持的板子也超过200多种，
并且越来越多的厂家在ARM上选择使用Linux系
统。

ARM Linux的资源丰富，有很多的系统方案提
供商
 可以方便地添加自己的ARM平台

ARM Linux的开发也在不断进行中
http://www.arm.linux.org.uk/
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Slide 16:  ARM Linux的发布
ARM Linux 是以patch的方式发布的，
需要在原linux基本内核基础上打patch
举例说明：
bash$ tar zxvf linux-2.4.18.tar.gz
bash$ cd linux-2.4.18
bash$ zcat ../patch-2.4.18-rmk7.gz | patch -p1
bash$ zcat ../diff-2.4.18-rmk7-pxa1.gz | patch -p1
bash$ zcat ../diff-2.4.18-rmk7-pxa1-mz4. gz | patch -p1
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Slide 17:  角色转换的困惑（1）
单片机/X86硬件开发人员…
 熟悉的开发模式：使用宿主机－目标机的方式，使用仿真器进行
调试。这种调试方式移植沿用到16位以及32位嵌入式处理器。
 单片机设计中对外设接口的设计可持续沿用下来，对CPU板卡的
调试方式方法保持不变。
 需要更新的是对32bit MCU的高集成度的理解、硬件需要外扩
FLASH和SDRAM；对汇编依赖程序的降低和软件体系的变化。
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Slide 18:  角色转换的困惑（2）
WINDOWS下VC软件开发人员…
 开发模式的变化
 C编码技术的继承性：因为C库的兼容性和类似性。LINUX下开
发类似于DOS下TC的编程。WINDOWS下程序员可充分利用C
代码编程的积累，加深对C库的了解，但需要更多的了解一些硬
件的常识。
 只是整个系统复杂了，但绝大部分是不需要我们干预和修改的，
就用户的角度而言，所需处理的工作量不变，只是形式变化了。
不过用户被赋予了更多的潜在的权利，你可以利用也可以置之不
理。
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Slide 19:  跨入32位嵌入式系统开发的殿堂
 习惯并热爱阅读全英文的CPU manual，永远不要寄希望于中文资料。熟
悉CPU寄存器诸位设置的方式，例如SDRAM的初始化等。
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Slide 20:  跨入32位嵌入式系统开发的殿堂
 编译、链接的理解：
开放源代码系统下的软件使用和开发模式都是下载源代码编译安装。必须掌握C代码编译
两个基本参数:
gcc –c –I. –o hello1.o hello1.c
gcc –L. –o hello hello1.o hello2.o -lcrypt
/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-gcc -I.
-I/opt/host/armv4l/armv4l-unknown-linux/include -c -o hello1.o hello1.c
/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-gcc
-L/opt/host/armv4l/armv4l-unknown-linux/lib/ -o hello hello1.o hello2.o -lcrypt
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Slide 21:  关于Makefile
Makefile就是一个批处理的脚本！
make
PPPDOBJS = main.o magic.o fsm.o lcp.o ipcp.o upap.o chap.o md5.o ccp.o \
auth.o options.o demand.o utils.o sys-linux.o ipxcp.o multilink.o \
tdb.o tty.o
LIBS += -lcrypt
all: pppd
pppd: $(PPPDOBJS)
$(CC) $(CFLAGS) $(LDFLAGS) -o pppd $(PPPDOBJS) $(LIBS)
clean:
rm -f $(PPPDOBJS) pppd *~
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Slide 22:  跨入32位嵌入式系统开发的殿堂
 熟悉REDHAT PC LINUX操作
例如：telnet/ftp等常用的工作方式和工具，系统搜索路径等常见问题等
熟悉REDHAT LINUX OS安装后的文件和目录结构：
[root@rj/]# ls
bin etc
initrd
boot HHARM9-EDU lib
dev home
misc
mnt
[root@rj /]# cd usr/local/
[root@rj local]# ls
arm
arm-elf
bin
etc
arm-linux games info
opt sbin
lost+found root tmp
proc tftpboot usr
var
gcc-m68k lib
include
man
libexec
m68k-elf sbin
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share
RealPlayer src

Slide 23:  跨入32位嵌入式系统开发的殿堂
熟悉LINUX内核源代码的文件和目录结构：
arch
include
init
Documentation
COPYING
Makefile
ipc
CREDITS
Rules.make
net
kernel
scripts
README
vmlinux
fs
mm
drivers lib
MAINTAINERS
System.map
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Slide 24:  LINUX内核目录结构
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Slide 25:  目录所在位置
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Slide 26:  还需要一些基本知识（2）
 终端的概念
串口终端与网络终端
嵌入式OS都做了stdin/stdout的重定向
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Slide 27:  通过串口终端操作
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Slide 28:  通过网络终端操作
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Slide 29:  还需要一些基本知识（3）
 软件系统构成
bootloader（一次固化）＋内核（多次更新）＋根文件系统（
多次更新）
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Slide 30:  一个典型ARM9系统的软件构成
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Slide 31:  关于内核…
通过看Makefile和完整的编译过程
make zImage >log
/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-ld -p -X -T arch/arm/vmlinux.lds
arch/arm/kernel/head-armv.o arch/arm/kernel/init_task.o init/main.o init/version.o \
--start-group \
arch/arm/kernel/kernel.o arch/arm/mm/mm.o arch/arm/mach-s3c2410/s3c2410.o
kernel/kernel.o mm/mm.o fs/fs.o ipc/ipc.o \
drivers/serial/serial.o drivers/char/char.o drivers/block/block.o drivers/misc/misc.o
drivers/net/net.o drivers/media/media.o drivers/scsi/scsidrv.o drivers/video/video.o
drivers/usb/usbdrv.o \
net/network.o \
arch/arm/nwfpe/math-emu.o arch/arm/lib/lib.a /HHARM2410-R3/kernel/lib/lib.a \
--end-group \
-o vmlinux
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Slide 32:  关于文件系统…
RAMDISK:
mount –o loop ramdisk.image mydir
umount mydir
gzip ramdisk.image
JFFS2：
mkfs.jffs2 －d jffs2_dir/ －o jffs2.img
CRAMFS：
mkcramfs cramfs_dir cramfs.img
ROMFS:
genromfs -v -V "ROMdisk" –f romfs.img –d romfs_dir
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Slide 33:  还需要一些基本知识（4）
 片选：MemoryMAP平坦32位地址空间统一编制
（不同于X86体系）
Memory = RAM + FLASH
I/0（外设芯片内部寄存器，即各个CS）
CPU内部寄存器
*((volatile unsigned short *)(0x10000300))=0xf0c0;
*((volatile unsigned long *)(0x56000020))&=0xffffcfcf;
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Slide 34:  一个典型ARM9系统的CS分布
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Slide 35:  一个典型ARM9系统的CS分布
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Slide 36:  还需要一些基本知识（5）
 中断的处理：同单片机
 SDRAM的初始化设置错误非常容易被忽略 它其实是平台移植的关键
 可执行文件格式
 大小端及字节对齐问题，ARM-V5以下都不支持非对齐字的传输
 功耗不等于CPU功耗，例如SDRAM耗电的问题
 关于实时性: RTOS/BSP常见术语、2.6内核引入
 常见接口设计技术 <参见教程第二部分>
 软件的源头
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Slide 37:  下载烧写原理
对于ARM9平台－－JTAG vs ICE
JTAG (Joint Test Action Group)：两种模式
1.
使用芯片最外围的一条扫描链，即边界扫描方式：串行方式，扫
描链Scan chain非常长，速度很慢；但可不必了解ARM内核；但
不同芯片的扫描链定义不同。
2.
直接控制内部ICE方式：直接控制ARM AB/DB/IO等，速度快；
但不同的ARM内核有差异，不统一；需要了解ARM内核。
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Slide 38:  下载烧写原理
JTAG
【目标板】
运行 Linux 的 PC【宿主机】
JTAG工具软件
A)初始化CPU
B)初始化SDRAM
C)初始化FLASH片选
D)一个简单的SHELL
PC端软件
检测软件（bootloader的雏形）
下载
A) 初始化CPU(关闭看门狗、中断、FLASH
cache等)
B)初始化SDRAM
C)初始化FLASH片选
D)初始化串口输出
E)一个简单的SHELL
板载软件
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Slide 39:  关于NOR FLASH读写
两个基本单元操作：
erase_sector
write_word
*((volatile unsigned short *)(0xaaa))=0xaaaa;
*((volatile unsigned short *)(0x554))=0x5555;
*((volatile unsigned short *)(0xaaa))=0xa0a0;
*((volatile unsigned short *)(addr))=0x1234;
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Slide 40:  以太网下载烧写
以太网
【目标板】
运行Linux 的PC【宿主机】
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Slide 41:  以太网下载烧写
交换机
网线
【宿主机】
串口线
运行Redhat Linux的PC机
假设IP为：192.168.2.2.122
交叉编译
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网
线

Slide 42:  烧写工具的角色
bootloader的双重角色
JTAG
慢速设备
一次使用
bootloader
快速以太网TFTP
反复下载烧写
LINUX内
核
各个文件
系统映像
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Slide 43:  内核剪裁
make menuconfig
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Slide 44:  结 束
锐极科技
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