摘    要: 本文從軟硬件兩方面介紹了構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的基本思路，并給出了一套實(shí)現(xiàn)方案。該平臺(tái)硬件部分低成本、擴(kuò)展性強(qiáng)、升級(jí)方便；軟件部分功能豐富，操作系統(tǒng)內(nèi)核基于開(kāi)放源代碼的mClinux系統(tǒng)，成熟穩(wěn)定，GUI支持中文。
我們從硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，構(gòu)建和實(shí)現(xiàn)了一套基于Linux系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，包括硬件設(shè)計(jì)平臺(tái)和軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)兩部分。利用該平臺(tái)可以方便地進(jìn)行有關(guān)嵌入式系統(tǒng)的研發(fā)，是一套廉價(jià)而全面的解決方案。

硬件設(shè)計(jì)平臺(tái)
硬件平臺(tái)由基本系統(tǒng)(包括CPU和存儲(chǔ)器)加上外圍接口電路模塊構(gòu)成。基本系統(tǒng)為操作系統(tǒng)內(nèi)核提供一個(gè)最小的調(diào)試和運(yùn)行環(huán)境，外圍接口模塊包括目前應(yīng)用較為廣泛的多種硬件接口電路，如LCD液晶顯示模塊、觸摸屏模塊、CF卡模塊、USB模塊、以太網(wǎng)模塊、IC卡模塊等，可以方便地根據(jù)開(kāi)發(fā)者的需求進(jìn)行選擇使用。硬件設(shè)計(jì)平臺(tái)基本框架如圖1所示。
目前，硬件平臺(tái)基于摩托羅拉公司的DragonBall EZ328(16MHz)微處理器，主要配置包括8MB EDO DRAM、4MB FLASH、320×240像素單色LCD、6個(gè)輸入按鍵、一路RS232接口、一路10M以太網(wǎng)接口等。EZ328是一款得到了廣泛應(yīng)用的32位嵌入式微處理器，內(nèi)部集成了大量的功能模塊，并且具有較強(qiáng)的擴(kuò)展能力。EZ328取消了內(nèi)存管理單元(MMU),降低了硬件成本及運(yùn)行功耗。EZ328所支持的引導(dǎo)模式也極大地方便了系統(tǒng)的調(diào)試。在我們的開(kāi)發(fā)板上，只要驅(qū)動(dòng)EZ328的EMUBRK引腳為低電平并執(zhí)行系統(tǒng)復(fù)位，就可使EZ328進(jìn)入引導(dǎo)模式,其內(nèi)建的引導(dǎo)程序就會(huì)開(kāi)始運(yùn)行，初始化芯片上集成的UART控制器并準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。這樣開(kāi)發(fā)者就可以通過(guò)UART控制器寫寄存器來(lái)初始化開(kāi)發(fā)板，然后下載程序到開(kāi)發(fā)板的RAM和FLASH中運(yùn)行調(diào)試。同時(shí)，硬件平臺(tái)CPU可方便地升級(jí)到VZ328(主頻33MHz，EZ328的后續(xù)產(chǎn)品)。而且，在EZ328硬件平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的軟件幾乎不需要修改就能使用在VZ328和ColdFire系列微處理器上，具有很廣的適用面。ColdFire微處理器主要應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、LAN電話技術(shù)、低端網(wǎng)絡(luò)控制、工業(yè)控制、圖像和存儲(chǔ)等等。

圖1  硬件設(shè)計(jì)平臺(tái)基本框架

圖2 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境

軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)
軟件平臺(tái)由嵌入式Linux操作系統(tǒng)、嵌入式圖形用戶界面(GUI)、GNU交叉編譯調(diào)試工具組成。其中嵌入式Linux操作系統(tǒng)包括嵌入式Linux內(nèi)核，ROM/RAM文件系統(tǒng)。選用Linux是因?yàn)長(zhǎng)inux高度模塊化，容易定制，具有很高的可移植性。
軟件平臺(tái)所實(shí)現(xiàn)的嵌入式Linux系統(tǒng)內(nèi)核是在mCLinux系統(tǒng)的基礎(chǔ)上移植而來(lái)的。它是專門面向沒(méi)有MMU的CPU的Linux操作系統(tǒng)，并且專為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作，得到了廣泛的應(yīng)用，新型的藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也采用了mClinux操作系統(tǒng)。mCLinux作為一個(gè)高度優(yōu)化的、代碼緊湊的嵌入式Linux，雖然體積很小，但仍然保留了Linux的大多數(shù)優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定、良好的移植性，優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能，完備的對(duì)各種文件系統(tǒng)的支持，以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的API。在我們的開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，移植的操作系統(tǒng)內(nèi)核大小約400KB，提供了通用Linux API和完整的TCP/IP 協(xié)議棧，實(shí)現(xiàn)了對(duì)NFS、ext2、ROMfs、JFFS文件系統(tǒng)的支持。
GUI采用了MicroWindows，具有中文本地化支持，包括GB2312 等字符集的支持，中文輸入法等等。在其上又開(kāi)發(fā)了基于FLTK的嵌入式GUI圖形包，提供了比較完善的圖形功能，如對(duì)菜單、按鈕、滾動(dòng)條等多種GUI控件的支持。
采用這種圖形包，我們已開(kāi)發(fā)出大小僅1MB的嵌入式中文Web瀏覽器，并且正在集成清華文通的中文手寫輸入軟件。
交叉編譯調(diào)試工具采用通用的Linux開(kāi)發(fā)套件—GNU開(kāi)發(fā)套件，包括了一系列的開(kāi)發(fā)調(diào)試工具。主要組件有：
● Gcc—編譯器，可以做成交叉編譯的形式，即在宿主機(jī)上開(kāi)發(fā)編譯目標(biāo)板上可運(yùn)行的二進(jìn)制文件。
● Binutils—輔助工具，包括objdump(可以反編譯二進(jìn)制文件)，as(匯編編譯器)，ld(連接器)等等。
● Gdb—調(diào)試器，可使用多種交叉調(diào)試方式，包括使用串口和以太網(wǎng)調(diào)試。

開(kāi)發(fā)環(huán)境
本嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的GNU開(kāi)發(fā)套件運(yùn)行于桌面Linux操作系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)者首先使用Gcc和Gdb編譯和調(diào)試bootloader程序；再通過(guò)串口將宿主機(jī)和目標(biāo)板連接起來(lái)，使EZ328進(jìn)入引導(dǎo)模式，通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的perl程序?qū)⒄{(diào)試好的Bootloader程序下載到目標(biāo)板的RAM中，作為monitor監(jiān)控程序，同時(shí)在宿主機(jī)上啟動(dòng)minicom和它進(jìn)行串口通信，對(duì)Linux內(nèi)核及驅(qū)動(dòng)進(jìn)行下載和調(diào)試；一旦Linux內(nèi)核在目標(biāo)板上運(yùn)行并初始化以太網(wǎng)接口，再由網(wǎng)線將宿主機(jī)和目標(biāo)板連接起來(lái)(如圖２所示)。通過(guò)以太網(wǎng)，開(kāi)發(fā)者可以使用NFS文件系統(tǒng)安裝上宿主機(jī)的硬盤，這樣目標(biāo)板就可以通過(guò)以太網(wǎng)對(duì)宿主機(jī)的硬盤直接進(jìn)行操作，不需下載即可調(diào)試程序；若Linux內(nèi)核啟動(dòng)了遠(yuǎn)程登錄服務(wù)，開(kāi)發(fā)者還可以登錄到目標(biāo)板上調(diào)試應(yīng)用程序。

結(jié)語(yǔ)
嵌入式系統(tǒng)具有集成度高、體積小、反應(yīng)速度快、智能化、穩(wěn)定性高及可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛。追蹤國(guó)外嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，根據(jù)國(guó)情研發(fā)自己的嵌入式系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)，對(duì)提高國(guó)內(nèi)的嵌入式系統(tǒng)研究水平非常重要。在現(xiàn)有的這套開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，我們已經(jīng)為有關(guān)單位完成了電子書(Ebook)項(xiàng)目的研制，同時(shí)開(kāi)展了嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的研究，整個(gè)平臺(tái)具有良好的使用效果和應(yīng)用前景。