BM3823的操作系统移植和驱动开发
发布时间：2021-06-27 16:29
随着航天事业的不断发展,对航天器中操作系统的可靠性和功能多样性的要求越来越高。但开发专用的航天操作系统价格十分昂贵,而Linux操作系统源码开放,将Linux移植到航天器件中开发成本较低。同时Linux性能优异、运行可靠、可扩张性强非常有利于开发,支持多种架构类型,可以根据不同硬件结构进行按需裁剪,逐渐被应用在航天领域,所以研究移植Linux操作系统到航天器件中具有重要意义。本文基于BM3823开发板,研究和实现移植Linux操作系统。为了正确加载Linux,在分析SPARC V8架构基础上,先实现移植U-Boot。在U-Boot中建立对应硬件的设备树结构,完成向Linux传递启动参数和设备树结构的功能,将U-Boot作为Bootloader引导Linux启动。分析Linux操作系统结构和机制后,在Linux中实现基于SPARC V8架构的启动过程,完成Linux解析传入的启动参数和设备树结构,初始化MMU,挂载根文件系统后运行应用程序等功能。在BM3823开发板上,用U-Boot引导Linux镜像文件正确运行,并对Linux操作系统进行测试。为了完善Linux操作系统的功能,在成功移...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
BM3823硬件实物图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-15-……console_setfile(stdout,outputdev);(3)定义leon_prom_info结构体类型变量pspi，用于U-Boot向Linux传递参数，代码如下：kernel_arg_promvec=&pspi->romvec;pspi->dtb_offset=(((unsignedint)(gd->fdt_blob))&0x0fffffff)|PAGE_OFFSET;最后调用main.c文件中的main_loop函数，进入命令循环。至此，U-Boot会一直等待用户从串口输入命令。如果外设能正常运行且有对应的驱动程序，用户输入控制外设的命令后，U-Boot程序对输入命令中的参数进行保存，根据指令参数执行相关的代码，最后调用驱动程序，对外设进行操作。2.2.4设备树结构分析及设计设备树文件是一种描述硬件的数据结构，它通过Bootloader将硬件相关信息传给内核。设备树可以描述的信息包括CPU的数量和类型、总线相关属性、中断控制器、外设相关控制器的基地址和以及外设的一些属性。设备树的主要优点是，对于同一SoC的不同主板，只需更换设备树文件即可实现不同主板的无差异支持，而无需更换内核文件。此外，如果需要对外设中一些参数进行设置，只需要修改设备树文件中相应的参数值，便于代码的维护和开发。本课题中的DTS文件选择使用嵌入式配置方式，U-Boot会将设备树二进制文件嵌入到U-Boot镜像中，设备树文件应该是.dts格式，通过设备树编译工具编译后生成.dtb二进制文件，该文件会在board_init_f()函数中通过全局数据结构gd->blob进行调用。DTS文件路径是../arch/sparc/dts/bmti3823a.dts，该文件描述了硬件相关信息，包括CPU、AHB总线以及各种外设等。在每个硬件信息中，详细描述了起始地址、地址长度，中断号、时钟频率、以及挂载的子设备相关信息。以timer外设为例，设备树代码如图2-6所示。图2-6timer外设设备树代码
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-24-对于以上命令中的各个参数解释如表2-6所示。表中参数可以根据BM3823开发板不同配置进行更改。例如，可以设置其它COM口进行连接，可以降低波特率提高连接稳定性等。成功连接后，CMD窗口会显示连接成功相关信息。表2-6Grmon连接指令各个参数含义指令中参数参数含义Grmon使用grmon相关指令-leon2为LEON2系统配置Grmon-uartcom6连接DSU接口对应的COM口-ni检测所有系统设备，但不进行初始化-baud921600设置波特率为921600BM3823启动时有两种模式，分别是调试模式和运行模式，通过配置DSUBRE和DSUEN信号选择其中一种模式。如果上电时DSUBRE和DSUEN信号同时为高电平，则进入调试模式，等待接收来自DSU的调试命令，此时可以下载程序进行调试。如果上电时DSUBRE和DSUEN信号同时为低电平，则进入运行模式，自动从0x0地址开始执行。为了使BM3823启动时既能从0x0地址直接执行，也能接受来自DSU的调试命令，将DSUEN信号设置为高电平，DSUBRE信号设置为低电平。U-Boot启动方式有两种：(1)在BM3823开发板上电后，将U-Boot镜像加载到SDRAM中运行。因为SDRAM起始地址是0x20000000，所以修改源码中的.config文件，将镜像起始运行地址设置为0x20000000并编译；将PC和BM3823开发板串口1连接后，使用串口终端，连接BM3823开发板串口1；使用Grmon工具连接BM3823开发板后，加载u-boot文件到SDRAM中并运行的命令如下：loadu-boot加载完成后如图2-13所示。图2-13加载完u-boot的打印信息
【参考文献】：
期刊论文
[1]RTEMS的基本架构与移植技术的研究[J]. 陈金忠,耿锐. 单片机与嵌入式系统应用. 2020(03)
[2]U-Boot启动过程和代码分析[J]. 葛耿育,秦中. 遵义师范学院学报. 2019(06)
[3]浅谈面向航天系统的嵌入式操作系统实时性评测[J]. 李苗伟,冯东. 科技创新导报. 2019(23)
[4]U-boot引导linux操作系统的过程分析[J]. 徐玄斐. 淮北职业技术学院学报. 2019(03)
[5]Linux与VxWorks的任务调度研究及应用[J]. 查荣明. 信息与电脑(理论版). 2018(11)
[6]基于Zynq-7000的嵌入式Linux移植[J]. 张朝元,邵高平,汪洋. 电子科技. 2018(01)
[7]基于SPARC多核SOC的Linux操作系统研究[J]. 王海峰,蒋晓华. 航天控制. 2017(03)
[8]U-Boot移植过程中两种代码重定位技术研究[J]. 郭国法,董辉,张开生. 单片机与嵌入式系统应用. 2017(06)
[9]扁平设备树FDT在ARM Linux中的应用研究[J]. 罗名驹,陈益民,贾志文. 单片机与嵌入式系统应用. 2017(03)
[10]一种面向航天的可靠实时操作系统设计[J]. 詹盼盼,郭坚,何熊文,张红军. 空间控制技术与应用. 2016(05)
硕士论文
[1]基于龙芯1E的实时Linux系统移植与裁剪[D]. 王朴.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2019
[2]基于AHB总线协议的DMA控制器设计[D]. 卞学愚.西安电子科技大学 2018
[3]基于ARM Cortex-A9的嵌入式Linux内核移植研究与实现[D]. 罗名驹.广东工业大学 2017
本文编号：3253200
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
BM3823硬件实物图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-15-……console_setfile(stdout,outputdev);(3)定义leon_prom_info结构体类型变量pspi，用于U-Boot向Linux传递参数，代码如下：kernel_arg_promvec=&pspi->romvec;pspi->dtb_offset=(((unsignedint)(gd->fdt_blob))&0x0fffffff)|PAGE_OFFSET;最后调用main.c文件中的main_loop函数，进入命令循环。至此，U-Boot会一直等待用户从串口输入命令。如果外设能正常运行且有对应的驱动程序，用户输入控制外设的命令后，U-Boot程序对输入命令中的参数进行保存，根据指令参数执行相关的代码，最后调用驱动程序，对外设进行操作。2.2.4设备树结构分析及设计设备树文件是一种描述硬件的数据结构，它通过Bootloader将硬件相关信息传给内核。设备树可以描述的信息包括CPU的数量和类型、总线相关属性、中断控制器、外设相关控制器的基地址和以及外设的一些属性。设备树的主要优点是，对于同一SoC的不同主板，只需更换设备树文件即可实现不同主板的无差异支持，而无需更换内核文件。此外，如果需要对外设中一些参数进行设置，只需要修改设备树文件中相应的参数值，便于代码的维护和开发。本课题中的DTS文件选择使用嵌入式配置方式，U-Boot会将设备树二进制文件嵌入到U-Boot镜像中，设备树文件应该是.dts格式，通过设备树编译工具编译后生成.dtb二进制文件，该文件会在board_init_f()函数中通过全局数据结构gd->blob进行调用。DTS文件路径是../arch/sparc/dts/bmti3823a.dts，该文件描述了硬件相关信息，包括CPU、AHB总线以及各种外设等。在每个硬件信息中，详细描述了起始地址、地址长度，中断号、时钟频率、以及挂载的子设备相关信息。以timer外设为例，设备树代码如图2-6所示。图2-6timer外设设备树代码
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-24-对于以上命令中的各个参数解释如表2-6所示。表中参数可以根据BM3823开发板不同配置进行更改。例如，可以设置其它COM口进行连接，可以降低波特率提高连接稳定性等。成功连接后，CMD窗口会显示连接成功相关信息。表2-6Grmon连接指令各个参数含义指令中参数参数含义Grmon使用grmon相关指令-leon2为LEON2系统配置Grmon-uartcom6连接DSU接口对应的COM口-ni检测所有系统设备，但不进行初始化-baud921600设置波特率为921600BM3823启动时有两种模式，分别是调试模式和运行模式，通过配置DSUBRE和DSUEN信号选择其中一种模式。如果上电时DSUBRE和DSUEN信号同时为高电平，则进入调试模式，等待接收来自DSU的调试命令，此时可以下载程序进行调试。如果上电时DSUBRE和DSUEN信号同时为低电平，则进入运行模式，自动从0x0地址开始执行。为了使BM3823启动时既能从0x0地址直接执行，也能接受来自DSU的调试命令，将DSUEN信号设置为高电平，DSUBRE信号设置为低电平。U-Boot启动方式有两种：(1)在BM3823开发板上电后，将U-Boot镜像加载到SDRAM中运行。因为SDRAM起始地址是0x20000000，所以修改源码中的.config文件，将镜像起始运行地址设置为0x20000000并编译；将PC和BM3823开发板串口1连接后，使用串口终端，连接BM3823开发板串口1；使用Grmon工具连接BM3823开发板后，加载u-boot文件到SDRAM中并运行的命令如下：loadu-boot加载完成后如图2-13所示。图2-13加载完u-boot的打印信息
【参考文献】：
期刊论文
[1]RTEMS的基本架构与移植技术的研究[J]. 陈金忠,耿锐. 单片机与嵌入式系统应用. 2020(03)
[2]U-Boot启动过程和代码分析[J]. 葛耿育,秦中. 遵义师范学院学报. 2019(06)
[3]浅谈面向航天系统的嵌入式操作系统实时性评测[J]. 李苗伟,冯东. 科技创新导报. 2019(23)
[4]U-boot引导linux操作系统的过程分析[J]. 徐玄斐. 淮北职业技术学院学报. 2019(03)
[5]Linux与VxWorks的任务调度研究及应用[J]. 查荣明. 信息与电脑(理论版). 2018(11)
[6]基于Zynq-7000的嵌入式Linux移植[J]. 张朝元,邵高平,汪洋. 电子科技. 2018(01)
[7]基于SPARC多核SOC的Linux操作系统研究[J]. 王海峰,蒋晓华. 航天控制. 2017(03)
[8]U-Boot移植过程中两种代码重定位技术研究[J]. 郭国法,董辉,张开生. 单片机与嵌入式系统应用. 2017(06)
[9]扁平设备树FDT在ARM Linux中的应用研究[J]. 罗名驹,陈益民,贾志文. 单片机与嵌入式系统应用. 2017(03)
[10]一种面向航天的可靠实时操作系统设计[J]. 詹盼盼,郭坚,何熊文,张红军. 空间控制技术与应用. 2016(05)
硕士论文
[1]基于龙芯1E的实时Linux系统移植与裁剪[D]. 王朴.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2019
[2]基于AHB总线协议的DMA控制器设计[D]. 卞学愚.西安电子科技大学 2018
[3]基于ARM Cortex-A9的嵌入式Linux内核移植研究与实现[D]. 罗名驹.广东工业大学 2017
本文编号：3253200
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