基于Blackfin系列处理器和操作系统实现数据采集系统的设计

在数据采集系统中，数字处理是系统核心内容之一；然而随着科技发展，越来越多的功能需求使得采集系统的外设也越来越复杂，外设通讯和驱动编写成为一项复杂和繁琐的工作。以应用为中心的嵌入式系统为此类需求提供了一个良好的解决方案，能够适应实际应用中对功能、可靠性、成本、体积、功耗的严格要求。ADI公司的Blackfin系列处理器将嵌入式微控制器和DSP融为一体，取二者之长，提高了系统工作效能，大大降低了成本。同时，多线程的实时嵌入式操作系统也可增强采集系统的实时性、稳定性。对开发者来说，Blackfin处理器和μClinux的结合很有吸引力。

系统结构及硬件平台

本数据采集系统主要由2个数据采集通道、1个触发通道、ADc转换及存储电路、DSP及FPGA控制部分组成，并包含有以太网、RS232接口、USB、TFT液晶显示部分。系统硬件平台原理框图如图1所示。

信号从采集通道进入，经过信号调理电路进入ADC，被转换后的数字信号即进入FPGA、DSP进行数字控制处理。经过DSP处理过的信号，可送至其它外设以显示、存储，或通讯。

BF531为系统的核心部分之一，供电电压3.3V，内核电压1.2V，为了使系统能够开机自动从FLASH中启动，设置。BMODE为00，即从外部存储器启动。FPGA、片外SDRAM、FLASH，以及USB和液晶直接和bf531通过地址线、数据线相连。

系统中应用了TFT LCD液晶显示模块FG050605DNC：，该LCD控制简单，只有RGB每色5个共15个信号，以及数据使能、数据时钟和行频、场频控制信号。LCD晶直接由DSP控制，DSP的Timerl、Timer2提供行、场频信号，PPI口传输数据，由FPGA提供时钟，配置μClinux开辟一块framebuffer作为显示数据存储区，配合Linux下的液晶驱动，即可工作。

软件设计

由于DSP中运行的是基本上已经成熟的算法和控制流程，所以软件设计的主要工作为在DSP中嵌入操作系统。

U-Boot的移植

U-Boot的移植主要分为两个层面，一个是对CPU的移植，一个是针对Board的移植。U-Boot中已经有大量可直接下载到某些开发板上的程序，为了减小工作量，可选一个最接近自己设计的开发板来进行修改。本设计中采用了stamp目标板。

具体如下：

（1）拷贝board下面的文件夹stamp，重命名为mybf531，作为即将要修改配置的目标板。拷贝cpu下面的文件夹bf533，重命名为bf531，作为将要修改的cpu bf531。再将board和bf531文件夹中所有关于stamp板的文件名及包含头文件等改为mybf531；将所有关于bf533的文件名及包含头文件等改为bf531。注意文件间的依赖关系，确定是该添加文件还是修改文件，并记录文件改动。

（2）Makefile文件

在u-boot根目录下的makefile文件中添加bf531和mybf531的编译规则，如下：

ifeq（$（CPU），bf531）

OBJS+=cpu／$（CPU）／start 1.0

OBJS+=cpu／$（CPU）／interrupt.0

0BJS+=cpu／$（CPU）／cache.0

OBJS+=cpu／$（CPU）／cplbhdlr.0

OBJS+=cpu／$（CPU）／cplbmgr.O

OBJS+=cpu／$（CPU）／flush.O

OBJS+=cPu／$（CPU）／

init sdram.O

endif

mybf531_config： unconfig

@．／mkconfig$（@：_config=）

blackfin bf531 mybf531

（3）include／configs／mybf531.h

板子的功能配置信息大都在include／configs／mybf531.h中，故拷贝stamp.h并修改其中的启动信息和配置信息。重点修改部分如下：

时钟信息：

#define CONFIG CLKIN HZ

11059200

#deftne CONFIG VCO MULT

36

#deftne CONFIG SCLK DIV

5

FLASH信息：

#deftlie CFG MAX

FLASH SECT 67

#define CFG ENV ADDR

0x20004000

#defilie CFG ENV SIZE

0x2000

#deftne CFG ENV SECT SIZE

0x2000

#defi！qe CFG FLASH ERASE

TOUT 30000

#define CFG FLASH ERASE

TOUT 30000

SDRAM信息：

#define CONFIG MEM SIZE

128

#define CONFIG MEM ADD

WDTH 11

#deftlie CONFIG MEM

MT48LC64M4A2FB 7E 1

其它配置信息

#defilie AMBCTLOVAL

0xBBC3BBC3

#define AMBCTL 1 VAL

0x99839983

#define VDSP--ENTRY--ADDR

0xFFA00000

并将板子上不需要的功能的宏定义作相应设置。

（4）Board的移植

检查board／mybf531／中所有文件，首先将board和CPU的相关stamp.h、stamp.C改为bf531.h和mybf531.C，并检查其文件的设置、包含的头文件和宏定义是否正确。在board／mybf531／config.mk中，找到

TEXT_BASE=0x03FC0000

PLATFORM_CPPFLAGS+=-

I$（TOPDIR）

修改其中的TEXT_BASE值为SDRAM的最大地址与CFG_MONITOR_LEN之差。

（5）CPU的移植

检查cpu／bf531／中所有文件，首先将board和cpu的相关stamp.h、stamp.C改为bf531.h和mybf531.C，并检查其文件的设置、包含的头文件和宏定义是否正确。

cpu／bf53 1／cpu.C文件的修改主要在于配置SDRAM页的大小属性，设置ICPLB、DCPLB、cache的状态设置，icplb_table和dcplb_table和其相应属性的修改。

（6）其它

在以下文件夹中找到下面函数，检查并根据具体要求修改

init IRQ（） cpu／bf531／ints.C

flash_init（）drivers／

cfi_flash.C

env_init（） common／

env flash.C

init_baudRate（） lib_blackfin/

board．C

serial_init（） cpu/bf531/

serial.C

console_init_f（）； common／

console.C

display_banner（）；lib_blackfin／

board.C

checkboard（）； board／stamp／

stamp.C

timer_init（）； cpu／bf531／

interrupts.C

至此，U-Boot的修改配置基本完成，重新编译U-Boot代码，将得到的u-boot.bin通过JTAG口下载到目标板，如果能够通过串口输出启动信息，表明移植基本成功。其间仍需多次修改。移植成功后可相应对功能进行增删。

μClinux的移植下载

本文选择了httP：//blackfin.UClinux.org中提供的μClinux-dist-RO6R2-RC2.tar.bz2作为系统使用μClinux的源代码。解压缩之后就可以进行内核配置和内核编译了，内核配置即为内核制定适当的功能。在解压缩之后的源码根目录下，执行make menuconfig或make xconfig进行配置。

其中重要的部分如下：

（1）系统cpu的选择、系统板卡的选择及设置

Kernel executes from RAM

Cyrstal Frequency 1000Hz

SDRAM Memory Size in Mbytes

32 SDRAM Memory

Address Width 9

Baud Rate 57600

Enable DMA Support

（BFIN_DMA_5xx）

EBIU_AMBCTL Global Control

EBIU_AMBCTL Control

（2）系统外设选择及驱动设置

本系统外挂以太网、USB、LCD及SPI FALSH，使用RS232、PPI接口等，μClinux内核源文件已经包含支持Blackfin系列处理器的驱动，故只需对各接口进行驱动选择，对部分外设进行驱动编写即可。主要的设置如下：

Networking support（NET）

Device Drivers

Detect non-CFI AMD／JEDEC-C 0 m P a t i b 1 e fl a s h C h i P S（MTD jEDECPROBE）

ST MW320D compatible flashchip support（MTD_MW320D）

Support for RAM chips in busmapping（MTD_RAM）

Parallel port support（PARPORT）

SCSI device support

NetW0 rk deVice SUPPort（NETdevices）

Blackfin BF53x ProgrammableFlags Driver（BF533_PFLAGS）

B1ackfin BF5xx PPI Driver（BF5xx_PPI）

Support for flame buffer devices（FB）

FG0506 TFT LCD on uClinux（M Y B F 5 3 1 S T A M P）（FB_BF531_FG0506）

Support for Host-side USB（USB）

其中FG0506 TFT LCD onUClinux（MYBF531 STAMP）（FB_BF531_FG0506）为在／uClinux-dist／linux2.6.x／driver／video／下编写bf531_fg0506.C的液晶显示驱动，并改写该文件夹下的Makefile和Kconfig文件，将该选项编入？clinux源程序的配置选项中。

（3）操作系统内核的剪裁

Analog DeVice s BlackfinEmbedded Linux Applicationconfiguration菜单下为关于Linux系统应用程序的配置信息，可以添加或删除适合本系统的软件设置，应用程序等。例如，如果要在系统上使用图形界面，就需要在此部分中选择Microwindows下的microwin和nano-x的相应选项，或是将Qt／Embedded编人μClinux源文件，再编入系统内核中。除了适合系统的特殊需要，一般此项中的内容不需修改。

全部选择完成之后，使用make进行内核编译，在images文件夹下会生成内核文件：linux．ext2、uImage.ext2、vmlinux、rootfs.ext2、rootfs.jffs2等，分别对应不同的文件系统、不同功能大小的系统。

使用串口或以太网将内核下载到板子上，启动？clinux看到欢迎界面和root：/》后，嵌入式操作系统即移植成功。

结语

经调试、修改，最终生成的内核已可以运行，并对USB、以太网、LCD有良好的支持，节约了大量设备驱动及通讯协议的编写，给多外设的采集系统提供了良好的驱动解决方案，节约了开发周期和难度。

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