uClinux在Nios II嵌入式平台上的移植研究

过JTAG烧进开发板，等到最后硬件逻辑测试没有问题，以及uClinux操作系统调试运行正常后，就可以制作带bootloader的内核，烧入flash中。

2.3. 引导程序

引导程序(即bootloader)就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序，它在硬件复位后首先被执行。主要工作是初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备合适的环境。通常引导程序严重地依赖于硬件，每种CPU体系结构都用不同的启动代码。此外，引导程序还依赖于具体的嵌入式板级设备的配置，如硬件地址分配，RAM芯片类型等。bootloader担负着初始化硬件和引导操作系统的双重责任，也是在特定硬件平台操作系统移植至关重要的一步。

对于作者使用的Nios II应用开发板，引导程序主要完成以下几项工作：

1) 矢量表初始化。

2) 初始化硬件(I/O口和控制器、存储器、时钟)。

3) 将操作系统内核从Flash指定位置拷贝到RAM中。

4) 软件初始化：建立堆栈和初始化数据段，建立C的运行环境。

5) 让CPU转入RAM中指定的位置(即操作系统内核)开始执行。

其中，第二步主要初始化处理器的一些控制或状态寄存器、时钟、I/O口、RAM等这些内核必须用到的设备。第三步中uClinux内核加载可以直接从flash某个地址开始逐句执行或者加载到内存中运行。作者采用的是后一种方法，即先把flash中的操作系统内核全部复制到内存中，再从内存中运行操作系统，因为内核大小一共不到1.5M字节，从flash复制到RAM中花的时间很少(几百毫秒)，很快就会完成，该方法也比较容易实现。

图1是作者的bootloader运行的主要流程：

图1 bootloader程序主要流程

2.4. uClinux操作系统映像的构建

引导程序执行完毕后，处理器就开始执行真正的操作系统，操作系统内核的运行跟开发板的硬件配置有着紧密的联系。只有正确的配置操作系统内核，它才会正确利用硬件资源。由于2.6版本的uClinux已经支持了Nios II处理器，所以移植过程主要是板级移植。

首先，利用Nios II的配套开发软件Quartus II新建一个工程，用SOPC builder设计好自己的硬件逻辑，编译后会生成两个跟硬件平台相对应的硬件逻辑的文件，其中，*.sof文件是烧入开发板中并运行于其中的硬件逻辑，另外一个*.ptf文件是用于生成跟硬件平台相适应的uClinux内核。

然后，在宿主PC的Linux环境下，把*.ptf文件通过相关命令导入内核配置中，硬件平台的配置内容就会在linux/arch/Nios2nommu/scripts文件夹下生成，接着就可以通过make menuconfig 命令配置uClinux操作系统内核，具体相关选项的选择，要跟自己的硬件平台相同。

最后，在配置好内核后，就可以直接编译生成uClinux操作系统内核映像文件，把*.sof文件通过JTAG烧入开发板中，把内核映像文件通过JTAG烧入SDRAM中，一个uClinux操作系统就可以在Nios II开发板上运行起来了。

图2是正确配置uClinux内核后的操作系统启动信息，打印信息是通过串口输出到屏幕上的：

图2 uClinux启动界面

至此，一个简单的uClinux操作系统在Nios II嵌入式平台上移植完成，这个操作系统经过裁减，去掉了Linux内核中一些不是必须的功能，但是具有一个Linux操作系统的几乎所有的特征。接下来，就可以在建好的开发环境中，开发在此平台上运行的程序了。

3. 结束语

Altera的Nios II软核处理器性能超过200DMIPS，在Altera FPGA中实现仅需35美分，并且开发者能从无限的系统配置组合中选择满足性能和成本目标的方案，而不必为系统级设计考虑采用ASIC。并且，Nios II处理器还具有完善的软件开发套件。

此嵌入式平台最终应用于有线数字电视接收系统，主要完成对加密数字电视传输流的实时接收和解扰工作，在实际的测试中，uClinux 2.6操作系统运行良好并且稳定，完全能胜任此类工作。本项目产生经济效益800万元。

本文作者创新点：在Nios II嵌入式平台上，实现了最新的uClinux 2.6嵌入式操作系统的移植，并对移植过程中的关键部分进行分析，对在Nios II嵌入式平台上的嵌入式系统移植有一定的指导和参考价值。