基于FA526处理器SoC平台的Linux操作系统实现

引言

智原科技的FIE8100 SoC平台是一种低功耗、便携式视频相关应用开发SoC平台，也可用于基于FA526 CPU的SoC设计验证。

基于FA526的Linux软件开发套件，开发人员可将Linux一2.4.19软件环境在FIE8100平台上安装实现，并完成对平台上所有IP的驱动程序安装和对FA526的内部调试。

FA526介绍

FA526是一颗有着广泛用途的32位RISC处理器。它包括一个同步CPU内核(core)、独立的指令/数据缓存(cache)、独立的指令/数据暂存器(scratchpads)、一个写缓存(write buffer)、一个内存管理单元(memory management unit)和JTAG在线仿真(ICE)接口。CPU内核是6级流水线(pipeline)的哈佛(Harvard)结构，包括取指令(fetch)、解码(decode)、搬移(shift)、执行(execution)、数据访存(memory)、写回(write)等。为了提高整体性能，FA526 CPU还包含了一个分支运算缓存(Branch Target Buffer：BTB)，故可减少分支运算的开销(penalties)。

FA526 CPU内核的指令是兼容ARM V4的结构，并使用AMBA AHB接口与外部设备进行通讯。因此，FA526 CPU有着广泛的应用领域，特别是针对那些需要高性能和低功耗的应用。FA526 CPU内核采用完全同步方式。其基于单相时钟(single-phase clock)的结构可以很容易集成开发系统级芯片(System on Chip：SoC)。FA526 CPU内核的方框图如图1所示。

FIE8100 SoC平台介绍

FIE8100 SoC平台的系统架构如图2所示。它提供有多种外设接口。其内部的高性能处理器内核和功耗管理功能特别适合MPEG一4和JPEG的市场需求。目前，智原的MPEG4/JPEG图Codec所支持的格式为Simple Profile Version 3.1，其中包含XviD编码和一部分的DivX编码。

FIE8100 SoC平台包含有非常丰富的功能模块以支持多种应用。包括FA526(32Bit RISC CPU)、MPEG-4/JPEG编解码引擎、USB2.0设备控制器、USB2.0PHY(物理层)、LCD控制器、DMA控制器、TV Encoder(解码器)、Capture(视频捕捉器)和AMBA总线架构。为了让用户能将自己的IP或功能模块顺利的运行在FA526上，智原科技将AHB总线从CPU的引线中拉出，并搭配各类接口和片外芯片，从而开发制作了一个基于FIE8100 SoC的仿真平台：MediaCreative!。

基于FA526的Linux安装

本开发系统所需的主开发硬件环境，一是兼容Intel x86的PC，二是标准16550 UART接口。而软件主要是Linux操作系统(RedHat 7.3～8.0或更高版本)和FA526一Linux软件包。而通用平台系统所需的器件，主要是一片MediaCreative!(含 FIE8100/FWAB326AA芯片)和一片64 MB SDRAM及32 MB Flash。

通过FA526一Linux可以将Linux-2.4.19软件环境在Faraday FA526处理器和外设IP上进行安装。

FA526一Linux软件包通常以"arm-linux一20050429.tgz"打包文件并递交(此程序发布于April 29，2005)表1所列是安装Linux所需的硬盘空间大小。

安装FA526一Linux软件包的具体流程如下：

(1)拷贝文件arm-linux一20050429.tgz至目录/usr/src：

#cp arm-linux一20050429.tgz/usr/src

(2)解包文件"arm-linux一20050429.tgz"：

#cd/usr/src

#tar zxvf arm-linux一20050429.Tgz

(3)安装Toolchain(GCC一2.95.3，Binutils一2.11.2，GLIBC一2.2.3)至目录/usr/local：

#cp/usr/src/arm-linux/toolchain/arm-linux-toolchain.tgz/usr/local/

#cd/usr/local

#tar zxvf arm-linux-toolchain.tgz

#rm-f arm-linux-toolchain.Tgz

此步骤将在目录/usr/local/arm解压GCC一2.95.3，Binutils一2.11.2和GLIBC一2.2.3的输出文件。

(4)添加GCC执行路径shell环境。

可执行以下命令来添加路径：

#export PATH=$PATH：/usr/local/arm/2.95.3/bin

在完成以上四个安装步骤后，就可以在自己的系统下解压打包文件(如arm-linux20050429.tgz)，之后，系统会自动生成一组目录。表2 列出了这些源目录的定义。用户的应用程序包含在目录/usr/src/arm-linux/user/下，而客户定制的RAM-Disk则包含在目录/usr/src/arm-linux/images/下。

FA526-Linux的构建和开发

在嵌入式系统里配置和构建FA526一Linux内核时，如果FA526的Linux内核子目录路径为：/usr/src/arm-linux/arm-linux一2.4.19/，那么，FA526一 Linux目录的结构将和标准Linux内核一样，其版本为2.4.19。表3列出了Linux内核子目录的内容。

内核构建

为FA526架构生成内核映像时，必须先对内核进行配置，配置文件路径为/.config。

通常，用户可能为了一些如下的因素要求重新配置FA526一Linux，具体方法为：

(1)定制处理器和板子的功能：修改UART时钟、系统时钟等。

(2)定制硬件设备：添加或删除某些特殊设备。

(3)定制内核功能：添加或删除一个内核的功能(如网络支持)。

Linux内核配置为配置这些可选项目提供了两种常用方式：一是使用菜单显示来选择项目(#make menuconfig);二是使用GUI显示来选择项目(#make xconfig)。

图3则是针对FA526和CPE开发板的FA526一Linux的menuconfig介面。

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FA526系统中的主要选项有以下几种：

(CPE)ARM system type，默认值选是中CPE开发板来支持Faraday CPE(Common Platform Environment)。

[*]Support FA526 processor，设置FA526系列处理器选项来支持FA526 CPU。

(FIE8100)Platform environment从A320、FIE8100、FIE7000中选择平台设定。

(44000000) System clock，FIE8100的默认值是44 MHz。开发人员应根据实际电路板设定来调整。

(22118400)UART clock.FIE8100的UART时钟是22.184 MHz。开发人员可根据实际的电路板设定来设置UART时钟频率。

需要说明的是：第一次make Linux内核时，可清除所有目标文件，并重新创建从属文件(dependency)。如果要修改内核的配置，则可调用"make dep"。操作步骤如下：

#make clean

#make dep(FA526一Linux提供了内核脚本文件(shell-script)"mkbootp.sh"，这可以使Make内核更容易。)

#./mkbootp.sh

上述操作可创建名为bootplmage的最终内核映像文件(kernel image)和名为vmlinux的内核ELF文件。以下操作是修改mkbootp.sh的一个例子：

(1)使用定制的ram-disk来为特殊规格的ramdisk修改"make bootpImage INITRD="。可修改"Default RAM disk size"来满足ramdisk的大小(见图4)。可在"Block devices"配置界面里通过"make xconfig"来设置。

(2)复制输出映像到特定目录：

在mkbootp.sh档案上修改"cp"这一行以符合需求。

Mkbootp.sh的内容是：

"make hootpimage INITRD=/usr/src/arm-linux/images/ramdisk.gz‘‘

"cp arch/arm/boot/bootpImage/tftpboot/mbootpImage"

建立ARMBOOT

FA526一Linux使用ARMB00T来装载操作系统。FA526的 ARMBOOT使用一个名为"faraday.h"的配置文件来配置各种不同的硬件环境。此文件被放在/usr/src/arm- linux/armboot一1.1.O/faraday.h。其可修改的内容和值包括(通常不需要改动)：

修改系统时钟。对于MediaCreative!平台，它的默认值是44 MHz。

修改UART时钟。对于MediaCreative!平台，应为22.1184 MHz。

修改Flash块号。对于MediaCreative!平台，Flash的块号是1。

修改好MAC和IP后，就可以通过以下命令来建立ARMBOOT：

#cd/usr/src/arm-linux/armboot-1.1.0

#make

此时，系统会在目录里自动生成"armboot.bin"文件。此后便可根据这个指令将armboot烧人到FIE8100的Flash器件里，并编写特定镜像文件armboot.bin至Flash地址0x80400000。

通过ARMBOOT启动FA526 Linux

在开发阶段的好多部分，开发人员必须要做前期规划来修改或下载代码直到得到想要的结果。在这样的情况下，需要armboot来下载和运行代码的具体步骤如下：

(1)在Linux主机上设置trip服务器，并设置/etc/xinetd.d/tftp。

(2)在此状态下使用Linux making shell(mkbootp.sh)编译代码，并生成Linux代码至目录/tftpboot.要运行Linux代码，需按以下步骤执行：

重启FIE8100开发板(MediaCreative!)。

选择"90) GO ARMB00T"。

确认Linux-Host和F1E8100的IP地址是正确的，(printenv)。

输入命令：tftp Ox2000000 mbootplmage，以下载代码。

通过命令"go Ox2000000"启动Linux，直至出现Linux启动信息。

Linux的使用

在完成以上操作后，armboot就可烧入在MediaCreative!开发板上的Flash里。以后，要通过armboot来运行Linux操作系统以对FIE8100平台进行开发验证，可执行以下操作：

(1)开启MediaCreative!开发板，运行"MPEG4 Burnin"，使系统出现Linux运行选项;

(2)键入"空格"键，进入Linux操作系统。

结束语

以上通过智源科技的FIE8100 SOC平台的设计使用，介绍了兼容ARM V4指令集的32位RISC处理器和该SoC平台的Linux操作系统，它具有低功耗、便携带的优点、开发人员可将Linux--2.4.19软件在FIE8100的平台上安装实现，并进行二次开发和验证。