摘 要： 为了加快开发调试μClinux嵌入式系统的外部硬件设备，采用直接物理地址的设备访问方法，在μClinux嵌入式系统中实现了外部硬件设备的快速访问。使用地址映像，将设备的寄存器映像到处理器的内存空间统一编址，通过指针定义的地址操作函数对外设" title="外设">外设备进行访问。该方法可以在μClinux操作系统支持的嵌入式系统的硬件环境中进行硬件外部设备" title="外部设备">外部设备的快速调试，避免了因等待外部硬件设备驱动" title="设备驱动">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" title="设备驱动程序">设备驱动程序" 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    关键词： 方法  μClinux  硬件  调试  快速

    在传感器网络节点中，采用了基于Linux的嵌入式操作系统。开发基于Linux操作系统的嵌入式微处理器应用系统，关键是Linux 能够访问嵌入式处理器上扩展连接的外部设备。一旦能够访问连接的外部芯片设备，就可以灵活地在Linux 上运行对嵌入式系统外部设备的有关访问控制应用。
    文献[1～3]对Linux在个人PC机上的设备驱动框架作了介绍。文献[4]介绍了μClinux中访问嵌入式系统外部设备的设备驱动方式的框架。不过对于设备驱动程序的操作函数的实现由于与具体的外设备硬件有关，没有实现的具体统一方案。设备驱动方式采用通用的文件访问方式操作设备，这给对硬件底层不了解的高层用户的程序设计带来了方便。但对于硬件的设计和调试人员来说，不了解底层硬件的操作就无法实现设备的访问。硬件设计人员必须实现访问函数的具体操作过程，以达到对外部扩展设备的访问测试和灵活控制。也就是说，先要完成设备驱动程序，然后才能进行下一步的硬件设备调试。
    编写和实现设备驱动程序必须先了解和实现对设备底层的访问，这是个复杂的过程。先要掌握处理器如何寻址外部设备、如何配置外部设备；再实现底层的地址访问函数；然后再编写设备驱动程序的实现函数，进而编写设备驱动程序；将驱动程序编译进Linux操作系统内核；最后在Linux系统中通过标准的设备访问方式访问外部设备。
    采用设备驱动方式需要很多时间，以至于耽误硬件设计调试的进程。另一方面，由于应用于嵌入式的Linux不支持动态的加载设备驱动模块，只能将设备的模块编译进Linux内部，也就是要将设备驱动程序重新编译进用于嵌入式的Linux内核中。为此采用驱动方式又增加了内核的代码。
    在μClinux操作系统中，可以采用直接物理地址访问外部扩展设备，针对设备寄存器的地址单元进行读写操作，直接与硬件接触，而且便于从最底层了解设备的工作方式，加快开发调试产品的速度。该方法仅仅修改少量的代码，采用直接地址的访问方式能够快速完成对外设备的访问测试。与设备驱动方式相比，重新编译后使内核代码增加较少。而在μClinux中要采用直接物理地址的外部设备访问，需要修改启动代码，建立设备访问函数，需要一定技巧。本文以Motorola的ColdFire MCF5272^[5] 嵌入式微处理器平台为例，介绍了μClinux对外部设备的快速访问方法。
1 存储空间编址
    对于μClinux 来说，其设计是针对没有MMU(Memory Manage Unit)的处理器，即μClinux 不能使用处理器的虚拟内存管理技术。μClinux采用存储器的分页管理，系统在启动时把实际存储器进行分页。在加载应用程序时程序分页加载。但由于没有MMU管理，实际上μClinux采用实存储器管理策略。
    μClinux系统对于内存的访问是直接的，它对地址的访问不需要经过MMU，而是直接送到地址线上输出，所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。操作系统对内存空间没有保护，各个进程实际上共享一个运行空间。
    μClinux 采用了实内存模式，各个内存段在物理内存（没有虚存）层面都是连续的，其内存空间的地址映像如图1。

    修改启动代码和实现访问函数，其中寄存器CSBR2指明了映像的内存起始地址、映像的内存容量、总线宽度等。重新编译?滋Clinux内核，并将生成的下载文件烧写到FLASH中，重新上电在内核运行起来后(或者mount上宿主机硬盘手动启动μClinux内核^[6])，通过编制一段C语言的测试程序，调用设备访问函数，即可对外部设备芯片的寄存器进行读写。下面是一段测试程序test.c。
#include
#include 'io.h'          //包含定义的设备访问函数
int  main(void)
{
    printf('Vint_source:0x%xn',inb(0xffa00000+0x0d));//读寄存器Vint_source初始值
    printf('Vbv_initial:0x%xn',inb(0xffa00000+0x18));//读寄存器Vbv_initial初始值
    printf('Vquality:0x%xn',inb(0xffa00000+0x19)); //读寄存器Vquality的初始值
    printf('Vin_cntl:0x%xn',inb(0xffa00000+0x21));//读寄存器Vin_cntl的初始值
    printf('Vsize_h:0x%xn',inb(0xffa00000+ 0x24));//读寄存器Vsize_h的初始值
    outb(0x7f,0xffa00000+0x18));//向寄存器Vbv_initial写入值0x7f
    outb(0x1f,0xffa00000+0x19)); //向寄存器Vquality写入值0x1f
    outb(0x7f,0xffa00000+0x21)); //向寄存器Vin_cntl写入值0x7f
    outb(0x2d,0xffa00000+ 0x24)); //向寄存器Vsize_h写入值0x2d
    printf('Vbv_initial:0x%xn',inb(0xffa00000+0x18)); //读寄存器Vbv_initial的值
    printf('Vquality:0x%xn',inb(0xffa00000+0x19)); //读寄存器Vquality的值
    printf('Vin_cntl:0x%xn',inb(0xffa00000+0x21));//读寄存器Vin_cntl的值
    printf('Vsize_h:0x%xn',inb(0xffa00000+ 0x24));//读寄存器Vsize_h的值
    return;
    }
    该测试程序先读出外部设备上电的初始值；再对外芯片的可读写寄存器进行写操作，后读出写入的值。在宿主机Linux系统的minicom调试窗口中mount上宿主机硬盘，运行编译好的test程序，得到该测试程序的输出。读出的初始化值与外部设备手册上的值完全一样，并且写入外部设备寄存器的值与而后读出的值也完全相同。
    通过测试检验说明设备访问函数能够按物理地址访问外部设备。比较设备驱动程序方法，该方法可以在较短时间正确访问外部设备，这样对硬件调试人员来说节约了时间，可以快速进行硬件的开发调试，而不是等待编写好设备驱动程序后才调试硬件，编写设备驱动程序可以单独进行。因此，在μClinux嵌入系统中采用本文介绍的方法调试外部设备，具有快速方便的特点，大大加快了在μClinux应用系统中的设备调式，节约了时间。

参考文献
1 梁金千,张 跃，甑 成.Linux设备驱动程序架构的研究[J].计算机工程与应用，2002(8):119～122
2 阴晓峰,葛安林,张伯英,孙淼.Linux环境下设备驱动模型及开发技术[J].计算机工程与应用，2002(8):104～109
3 陈俊楷，冯穗力，叶梧.Linux下PCI设备驱动程序研究[J].计算机应用研究，2002(11):23～26
4 http://www.hhcn.org/driver.html.2003
5 Motorola.MCF5272 ColdFire Integrated Microprocessor User's Manual.2001
6 HHtech.An Embedded Linux Tech Provider in Mainland China.2001
7 Winbond. W99200F/W99200AF (Z1011/A) MPEG1 Video Encoder Data sheet Rev 1.7.2000