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NIOS软核处理器的Linux引导程序U-boot设计

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:针对将cClinux向Nios处理器移植过程中的启动加载程序U-bootbootloader进行研究。首先介绍移植的步骤,然后利用bootloader的设计思想,着重讨论U-boot在Nios中的设计与实现,最后对U-boot在基于Linux的嵌入式系统中的运用作了探索和展望。
  关键词:U-bootbootloaderuClinuxNios软核
  
  1概述
  
  1.1Nios简介
  
  Nios是Altera公司以RISC为基础的可配置、可裁减软核处理器。它具有16位指令集和16/32位数据通路,通过将包括16或32位高性能处理器在内的移种应用模块嵌入到通用FPGA/CPLD内,实现完全可配置的嵌入式系统。其开发套件包括:具有必要外围内核的Nios处理器、C/C++编译器、Cygnus的源级调试程序、Quartus编译软件、验证工具和开发板。
  
  Nios软核处理器主要特性包括:高效灵活的处理器模块,可以通过软件配置成16位或32位的中央处理单元(RISC结构),并可选择不同的内部存储器大小,其最高执行速度可达50MHz;具有多种其它功能模块的选择(SDRAM控制器、UART控制器、PCI接口模块、LCD接口模块、MAC接口模块等多种功能模块);具有完整、廉价、便捷的开发系统。所有开发(包括设计、调试)均通过软件进行,不再需要专门的硬件仿真器和编器,大大减少了开发设备的成本。
  
  1.2向Nios移植uClinux需要做的工作和步骤
  
  (1)硬件需求
  
  需要一个Altera公司的开发包,或者是下面三种之一:APEXboard,STRATIXboard,CYCLONEboard。本文选用的是CYCLONAEboard。
  
  (2)软件需求
  
  下载一个最新版本的uClinux,并搭建一个Nios的GNUC编译环境,准备好CDK4Nios开发包。CDK4Nios开发包是Nios的交叉开发包。
  
  (3)bootloader
  
  需要编写或移植一个bootloader到AltaraNiosboard上。本文就是要设计一个用于Nios的U-bootbootloader。利用QUARTUS软件为开发板定义默认参数,然后在开发板上测试U-boot。
  
  (4)uClinux内核的编译
  
  将下载好的uClinux源泉代码解压到/home目录下,会产生/home/uClinux-dist目录,进入该目录,依次键入:
  
  makemenuconfig
  
  makedep
  
  make
  
  在/home/uClinux-dist/image目录中产生image.rom,image.ram,romfs.img,它们分别是内核的映像及文件系统的映像文件。键入makemenuconfig时,会出现开发平台及内核配置和文件系统应用程序的配置界面,可以根据需要配置。
  
  (5)uClinux的根文件系统及其加载
  
  uClinux系统采用romfs文件系统,这种文件系统相对于一般的ext2文件系统要求更少的空间。romfs文件系统不支持动态擦写保存,对于需要系统动态保存的数据,采用虚拟ram盘的方法进行处理(ram盘将采用ext2文件系统)。同时,uClinux内核也支持各种文件系统,例如,网络文件系统,在需要时可以进行mount。
  
  解决了上述问题以后,uClinux便可以成功地移植到Nios上。
  
  1.3U-boot介绍
  
  U-boot是启动引导程序的一种,是一种通用的Linuxbootloader。在做uClinux移植时,碰到的第一个问题就是移植bootloader或者自己编写bootloader程序。Linux内核启动部分的代码需要判断从bootloader传递过来的寄存器值。U-boot对Linux引导有特别的支持,如:
  
  ①SCC/FEC以太网支持;
  
  ②BOOTP/TFTP引导;
  
  ③IP,MAC预置能力和在线读写Flash、DOC、IDE、IIC、EEROM、RT

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