基于Blackfin系列處理器和操作系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，數(shù)字處理是系統(tǒng)核心內(nèi)容之一；然而隨著科技發(fā)展，越來越多的功能需求使得采集系統(tǒng)的外設(shè)也越來越復(fù)雜，外設(shè)通訊和驅(qū)動編寫成為一項復(fù)雜和繁瑣的工作。以應(yīng)用為中心的嵌入式系統(tǒng)為此類需求提供了一個良好的解決方案，能夠適應(yīng)實際應(yīng)用中對功能、可靠性、成本、體積、功耗的嚴(yán)格要求。ADI公司的Blackfin系列處理器將嵌入式微控制器和DSP融為一體，取二者之長，提高了系統(tǒng)工作效能，大大降低了成本。同時，多線程的實時嵌入式操作系統(tǒng)也可增強(qiáng)采集系統(tǒng)的實時性、穩(wěn)定性。對開發(fā)者來說，Blackfin處理器和μClinux的結(jié)合很有吸引力。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件平臺

本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由2個數(shù)據(jù)采集通道、1個觸發(fā)通道、ADc轉(zhuǎn)換及存儲電路、DSP及FPGA控制部分組成，并包含有以太網(wǎng)、RS232接口、USB、TFT液晶顯示部分。系統(tǒng)硬件平臺原理框圖如圖1所示。

信號從采集通道進(jìn)入，經(jīng)過信號調(diào)理電路進(jìn)入ADC，被轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號即進(jìn)入FPGA、DSP進(jìn)行數(shù)字控制處理。經(jīng)過DSP處理過的信號，可送至其它外設(shè)以顯示、存儲，或通訊。

BF531為系統(tǒng)的核心部分之一，供電電壓3.3V，內(nèi)核電壓1.2V，為了使系統(tǒng)能夠開機(jī)自動從FLASH中啟動，設(shè)置。BMODE為00，即從外部存儲器啟動。FPGA、片外SDRAM、FLASH，以及USB和液晶直接和bf531通過地址線、數(shù)據(jù)線相連。

系統(tǒng)中應(yīng)用了TFT LCD液晶顯示模塊FG050605DNC：，該LCD控制簡單，只有RGB每色5個共15個信號，以及數(shù)據(jù)使能、數(shù)據(jù)時鐘和行頻、場頻控制信號。LCD晶直接由DSP控制，DSP的Timerl、Timer2提供行、場頻信號，PPI口傳輸數(shù)據(jù)，由FPGA提供時鐘，配置μClinux開辟一塊framebuffer作為顯示數(shù)據(jù)存儲區(qū)，配合Linux下的液晶驅(qū)動，即可工作。

軟件設(shè)計

由于DSP中運(yùn)行的是基本上已經(jīng)成熟的算法和控制流程，所以軟件設(shè)計的主要工作為在DSP中嵌入操作系統(tǒng)。

U-Boot的移植

U-Boot的移植主要分為兩個層面，一個是對CPU的移植，一個是針對Board的移植。U-Boot中已經(jīng)有大量可直接下載到某些開發(fā)板上的程序，為了減小工作量，可選一個最接近自己設(shè)計的開發(fā)板來進(jìn)行修改。本設(shè)計中采用了stamp目標(biāo)板。

具體如下：

（1）拷貝board下面的文件夾stamp，重命名為mybf531，作為即將要修改配置的目標(biāo)板?？截恈pu下面的文件夾bf533，重命名為bf531，作為將要修改的cpu bf531。再將board和bf531文件夾中所有關(guān)于stamp板的文件名及包含頭文件等改為mybf531；將所有關(guān)于bf533的文件名及包含頭文件等改為bf531。注意文件間的依賴關(guān)系，確定是該添加文件還是修改文件，并記錄文件改動。

（2）Makefile文件

在u-boot根目錄下的makefile文件中添加bf531和mybf531的編譯規(guī)則，如下：

ifeq（$（CPU），bf531）

OBJS+=cpu／$（CPU）／start 1.0

OBJS+=cpu／$（CPU）／interrupt.0

0BJS+=cpu／$（CPU）／cache.0

OBJS+=cpu／$（CPU）／cplbhdlr.0

OBJS+=cpu／$（CPU）／cplbmgr.O

OBJS+=cpu／$（CPU）／flush.O

OBJS+=cPu／$（CPU）／

init sdram.O

endif

mybf531_config： unconfig

@．／mkconfig$（@：_config=）

blackfin bf531 mybf531

（3）include／configs／mybf531.h

板子的功能配置信息大都在include／configs／mybf531.h中，故拷貝stamp.h并修改其中的啟動信息和配置信息。重點修改部分如下：

時鐘信息：

#define CONFIG CLKIN HZ

11059200

#deftne CONFIG VCO MULT

36

#deftne CONFIG SCLK DIV

5

FLASH信息：

#deftlie CFG MAX

FLASH SECT 67

#define CFG ENV ADDR

0x20004000

#defilie CFG ENV SIZE

0x2000

#deftne CFG ENV SECT SIZE

0x2000

#defi！qe CFG FLASH ERASE

TOUT 30000

#define CFG FLASH ERASE

TOUT 30000

SDRAM信息：

#define CONFIG MEM SIZE

128

#define CONFIG MEM ADD

WDTH 11

#deftlie CONFIG MEM

MT48LC64M4A2FB 7E 1

其它配置信息

#defilie AMBCTLOVAL

0xBBC3BBC3

#define AMBCTL 1 VAL

0x99839983

#define VDSP--ENTRY--ADDR

0xFFA00000

并將板子上不需要的功能的宏定義作相應(yīng)設(shè)置。

（4）Board的移植

檢查board／mybf531／中所有文件，首先將board和CPU的相關(guān)stamp.h、stamp.C改為bf531.h和mybf531.C，并檢查其文件的設(shè)置、包含的頭文件和宏定義是否正確。在board／mybf531／config.mk中，找到

TEXT_BASE=0x03FC0000

PLATFORM_CPPFLAGS+=-

I$（TOPDIR）

修改其中的TEXT_BASE值為SDRAM的最大地址與CFG_MONITOR_LEN之差。

（5）CPU的移植

檢查cpu／bf531／中所有文件，首先將board和cpu的相關(guān)stamp.h、stamp.C改為bf531.h和mybf531.C，并檢查其文件的設(shè)置、包含的頭文件和宏定義是否正確。

cpu／bf53 1／cpu.C文件的修改主要在于配置SDRAM頁的大小屬性，設(shè)置ICPLB、DCPLB、cache的狀態(tài)設(shè)置，icplb_table和dcplb_table和其相應(yīng)屬性的修改。

（6）其它

在以下文件夾中找到下面函數(shù)，檢查并根據(jù)具體要求修改

init IRQ（） cpu／bf531／ints.C

flash_init（）drivers／

cfi_flash.C

env_init（） common／

env flash.C

init_baudRate（） lib_blackfin/

board．C

serial_init（） cpu/bf531/

serial.C

console_init_f（）； common／

console.C

display_banner（）；lib_blackfin／

board.C

checkboard（）； board／stamp／

stamp.C

timer_init（）； cpu／bf531／

interrupts.C

至此，U-Boot的修改配置基本完成，重新編譯U-Boot代碼，將得到的u-boot.bin通過JTAG口下載到目標(biāo)板，如果能夠通過串口輸出啟動信息，表明移植基本成功。其間仍需多次修改。移植成功后可相應(yīng)對功能進(jìn)行增刪。

μClinux的移植下載

本文選擇了httP：//blackfin.UClinux.org中提供的μClinux-dist-RO6R2-RC2.tar.bz2作為系統(tǒng)使用μClinux的源代碼。解壓縮之后就可以進(jìn)行內(nèi)核配置和內(nèi)核編譯了，內(nèi)核配置即為內(nèi)核制定適當(dāng)?shù)墓δ?。在解壓縮之后的源碼根目錄下，執(zhí)行make menuconfig或make xconfig進(jìn)行配置。

其中重要的部分如下：

（1）系統(tǒng)cpu的選擇、系統(tǒng)板卡的選擇及設(shè)置

Kernel executes from RAM

Cyrstal Frequency 1000Hz

SDRAM Memory Size in Mbytes

32 SDRAM Memory

Address Width 9

Baud Rate 57600

Enable DMA Support

（BFIN_DMA_5xx）

EBIU_AMBCTL Global Control

EBIU_AMBCTL Control

（2）系統(tǒng)外設(shè)選擇及驅(qū)動設(shè)置

本系統(tǒng)外掛以太網(wǎng)、USB、LCD及SPI FALSH，使用RS232、PPI接口等，μClinux內(nèi)核源文件已經(jīng)包含支持Blackfin系列處理器的驅(qū)動，故只需對各接口進(jìn)行驅(qū)動選擇，對部分外設(shè)進(jìn)行驅(qū)動編寫即可。主要的設(shè)置如下：

Networking support（NET）

Device Drivers

Detect non-CFI AMD／JEDEC-C 0 m P a t i b 1 e fl a s h C h i P S（MTD jEDECPROBE）

ST MW320D compatible flashchip support（MTD_MW320D）

Support for RAM chips in busmapping（MTD_RAM）

Parallel port support（PARPORT）

SCSI device support

NetW0 rk deVice SUPPort（NETdevices）

Blackfin BF53x ProgrammableFlags Driver（BF533_PFLAGS）

B1ackfin BF5xx PPI Driver（BF5xx_PPI）

Support for flame buffer devices（FB）

FG0506 TFT LCD on uClinux（M Y B F 5 3 1 S T A M P）（FB_BF531_FG0506）

Support for Host-side USB（USB）

其中FG0506 TFT LCD onUClinux（MYBF531 STAMP）（FB_BF531_FG0506）為在／uClinux-dist／linux2.6.x／driver／video／下編寫bf531_fg0506.C的液晶顯示驅(qū)動，并改寫該文件夾下的Makefile和Kconfig文件，將該選項編入？clinux源程序的配置選項中。

（3）操作系統(tǒng)內(nèi)核的剪裁

Analog DeVice s BlackfinEmbedded Linux Applicationconfiguration菜單下為關(guān)于Linux系統(tǒng)應(yīng)用程序的配置信息，可以添加或刪除適合本系統(tǒng)的軟件設(shè)置，應(yīng)用程序等。例如，如果要在系統(tǒng)上使用圖形界面，就需要在此部分中選擇Microwindows下的microwin和nano-x的相應(yīng)選項，或是將Qt／Embedded編人μClinux源文件，再編入系統(tǒng)內(nèi)核中。除了適合系統(tǒng)的特殊需要，一般此項中的內(nèi)容不需修改。

全部選擇完成之后，使用make進(jìn)行內(nèi)核編譯，在images文件夾下會生成內(nèi)核文件：linux．ext2、uImage.ext2、vmlinux、rootfs.ext2、rootfs.jffs2等，分別對應(yīng)不同的文件系統(tǒng)、不同功能大小的系統(tǒng)。

使用串口或以太網(wǎng)將內(nèi)核下載到板子上，啟動？clinux看到歡迎界面和root：/》后，嵌入式操作系統(tǒng)即移植成功。

結(jié)語

經(jīng)調(diào)試、修改，最終生成的內(nèi)核已可以運(yùn)行，并對USB、以太網(wǎng)、LCD有良好的支持，節(jié)約了大量設(shè)備驅(qū)動及通訊協(xié)議的編寫，給多外設(shè)的采集系統(tǒng)提供了良好的驅(qū)動解決方案，節(jié)約了開發(fā)周期和難度。

責(zé)任編輯：gt