摘要：提出在μClinux操作系統(tǒng)下，用Motorola公司的Cold Fire 5307型32位控制器為CPU的嵌入式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的SDRAM開辟數(shù)據(jù)交換區(qū)的思想和解決方案。

關(guān)鍵詞：μClinux 嵌入式系統(tǒng) SDRAM 數(shù)據(jù)交換區(qū)

引言

數(shù) 據(jù)交換區(qū)是指程序執(zhí)行中使用到的各種數(shù)據(jù)所存放的內(nèi)存空間。本文提出了在μClinux操作系統(tǒng)下為嵌入式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器開辟數(shù)據(jù)交換萄思想和解決方案。 嵌入式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器項(xiàng)目的開發(fā)目的是構(gòu)建一個(gè)以Client/Server模式工作的工業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其前端是一個(gè)嵌入式服務(wù)器，它安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)， 可以與三菱PLC組成的控制系統(tǒng)接口，對(duì)該系統(tǒng)實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控。其中數(shù)據(jù)交換區(qū)部分起到承上啟下的樞紐作用，向上負(fù)責(zé)對(duì)客戶端交互現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)，向下負(fù)責(zé)與 接口緩沖區(qū)交互設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)以Motorola公司的32位控制器Cold Fire5307為CPU，使用2個(gè)現(xiàn)代公司的HY57V641620型（4M×16bit）的SDRAM拼成4M×32位的SDRAM，使系統(tǒng)具有16 bytes的RAM空間。

1 μClinux操作系統(tǒng)

系統(tǒng)選取μClinux操作系統(tǒng)為開發(fā)平臺(tái)，為有2個(gè)SDRAM（4M×16bit）的嵌入式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器開辟數(shù)據(jù)交換區(qū)。

Cold Fire 5307微處理器上可以運(yùn)行很多操作系統(tǒng)，但是可以說μClinux是最合適、性價(jià)比最高的操作系統(tǒng)。目前商用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如VxWorks和 Nuclesus等價(jià)格比較昂貴，而且需要附加的C編譯器和相關(guān)的調(diào)試工具。而μCOS等免費(fèi)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)又沒有很好的文件系統(tǒng)和TCP/IP協(xié)議的支 持，就嵌入式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的應(yīng)用特點(diǎn)而言，μClinux內(nèi)核采用模塊化設(shè)計(jì)，很多功能塊可以獨(dú)立地加載或卸載，在設(shè)計(jì)內(nèi)核時(shí)可以把這些內(nèi)核模塊作為可 選項(xiàng)，編譯系統(tǒng)內(nèi)核時(shí)指定。一種較通用的做法是對(duì)μClinux內(nèi)核重新編譯，在編譯時(shí)仔細(xì)的選擇嵌入式系統(tǒng)所需要的功能支持模塊，同時(shí)刪除不需要的功能 模塊。通過對(duì)內(nèi)核的重新配置，可以使系統(tǒng)運(yùn)行所需要的內(nèi)核顯著減小，從而縮減需要的控制器RAM和ROM資源。

μClinux 同標(biāo)準(zhǔn)Linux的最大區(qū)別在于內(nèi)存管理，對(duì)SDRAM數(shù)據(jù)交換區(qū)的管理就屬于內(nèi)存管理范疇。標(biāo)準(zhǔn)Linux使用虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)，對(duì)于μClinux來 說，其設(shè)計(jì)針對(duì)沒有MMU（memory management unit）的處理器。但μClinux仍然采用存儲(chǔ)器的分頁管理，系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)把實(shí)際存儲(chǔ)器進(jìn)行分頁。在加載應(yīng)用程序時(shí)程序分頁加載。但是由于沒有MMU 管理，所以實(shí)際上μClinux采用實(shí)存儲(chǔ)器管理策略（real memory management）。μClinux系統(tǒng)對(duì)于內(nèi)存的訪問是直接的，它對(duì)地址的訪問不需要經(jīng)過MMU，而是直接送到地址線上輸出，所有程序中訪問的地址 都是實(shí)際的物理地址。μClinux對(duì)內(nèi)存的管理從編譯內(nèi)核開始，從而系統(tǒng)將在啟動(dòng)的初始化階段對(duì)內(nèi)存進(jìn)行分頁，并且標(biāo)記已使用的和未使用的內(nèi)存。系統(tǒng)將 在運(yùn)行應(yīng)用時(shí)使用這些分布內(nèi)存。另外由于采用實(shí)存儲(chǔ)器管理策略，用戶程序同內(nèi)核以及其他用戶程序在一個(gè)地址空間，程序開發(fā)時(shí)要保證不侵犯其他程序的地址空 間，以使得程序不至于破壞系統(tǒng)的正常工作，或?qū)е缕渌绦虻倪\(yùn)行異常。

2 數(shù)據(jù)交換區(qū)硬件架構(gòu)

系統(tǒng)采用Motorola公司的Cold Fire 5307型32位控制電路為CPU，用2個(gè)現(xiàn)代公司的HY57V641620型的SDRAM（4M×16bit）拼成4M×32位的SDRAM，使系統(tǒng)具有16M bytes的RAM空間。

Clod Fire系列微處理器是Motorola公司繼其M68K系列微處理器之后推出的新一代內(nèi)核的32位高位能嵌入式微處理器。Clod Fire系列微處理器繼承了M68K系列優(yōu)秀的指令集設(shè)計(jì)和CISC架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，融入了RISC架構(gòu)，在速度和架構(gòu)之間得到了很好的平衡。Cold Fire 5307型微處理器運(yùn)行在外部總線時(shí)鐘45MHz，內(nèi)部總線時(shí)鐘90MHz，速率可達(dá)75MIPS。

與 Flash存儲(chǔ)器相比較，SDRAM不具有掉電保存數(shù)據(jù)的特性，但其存取速度大大高于Flash存儲(chǔ)器，且具有讀/寫的屬性。因此，SDRAM在系統(tǒng)中主 要用于程序的運(yùn)行空間、數(shù)據(jù)交換區(qū)及堆棧區(qū)。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，CPU首先從復(fù)位地址0x0處讀取啟動(dòng)代碼，在完成系統(tǒng)初始化后，程序代碼一般應(yīng)調(diào)入 SDRAM中運(yùn)行 ，以提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，同時(shí)，系統(tǒng)及用戶堆棧、運(yùn)行數(shù)據(jù)也都放在SDRAM中。SDRAM具有單位空間存儲(chǔ)容量大價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用在各種嵌入 式系統(tǒng)中。SDRAM的存儲(chǔ)單元可以理解為一個(gè)電容器，總是傾向于放電，為避免數(shù)據(jù)丟失，必須定時(shí)刷新（充電）。

嵌 入式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)交換區(qū)根據(jù)數(shù)據(jù)交換匹配置文件生成。向上負(fù)責(zé)與客戶端交互現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)，向下負(fù)責(zé)與接口緩沖區(qū)交互設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。每個(gè) SDRAM由4M×16bit的內(nèi)部Bank組成，這個(gè)Bank的選擇由SDRAM外部引腳BA0和BA1來完成，筆者將BA0和BA1都連接在Cold Fire 5307的高端地址線上；其他信號(hào)和Cold Fire 5307都一一對(duì)應(yīng)。UDQM和LDQM是SDRAM的高低字節(jié)片選信號(hào)，因?yàn)槊總€(gè)SDRAM都是16位架構(gòu)，所以將二片SDRAM拼成32位時(shí)，除數(shù)據(jù) 線和這二個(gè)片選信號(hào)之外，其他信號(hào)線對(duì)二個(gè)SDRA來說都是共用的。這二個(gè)信號(hào)分別接Cold Fire 5307的CAS0、CAS1和CAS2、CAS3。SDRAM與MCF5307的連接如圖1所示。