嵌入式操作系统的网络加载实现

引言

在复杂的应用系统中通常都需要嵌入式操作系统的支持，这样嵌入式操作系统镜像文件的尺寸往往就会变得比较大。可以选择通过网络将嵌入式操作系统加载到SDRAM中运行来解决这一问题。另外，通过网络进行操作时，只要将需要升级的软件系统在主机端更新，然后嵌入式系统就可以通过网络来加载更新后的软件系统了。

硬件电路设计

本方案所选用的基本芯片包括Blackfin处理器ADSP-BF533、以太网控制器DM9000AE等，功能框图如图1所示。

图1 系统功能框图

DM9000AE驱动

本文中所述系统的网络模块基于DM9000AE，可以与多种不同的处理器方便地进行连接。
DM9000AE的数据读写通过两个对外可直接访问的寄存器来进行，其中INDEX port寄存器的地址=主控芯片片选基地址+0x0，DATA port寄存器的地址=主控芯片片选基地址+0x4。本系统将BF533的异步片选信号/ASM2连接至DM9000AE的片选引脚，因此本系统中INDEX port=0x20000000，DATA port=0x20000004。

数据传输

数据传输经过以下几个步骤：

1. 检查主控芯片与DM9000AE之间使用的数据总线宽度。
(u8)io_mode= DM9000_ior (0xFE)>>7; /*寄存器ISR第7位IOMODE表示I/O数据宽度*/

2. 将数据帧写入到DM9000AE的传输FIFO SRAM中。
/*DM9000_IO=0x20000000, DM9000_DATA=0x20000004*/
DM9000_outb(0xF8, DM9000_IO); /*在设置了寄存器MWCMD后，就可以将要传输的数据写入SRAM中，并且写指针设置为自动增加*/
if(io_mode==1) /*8位模式*/
for (i = 0; i < TX_length; i++) /* TX_length表示待传输的数据帧长度*/
DM9000_outb(TX_data[i], DM9000_DATA); /*待传输的数据帧保存在数组TX_data 中*/
else if(io_mode==0) /*16位模式*/
{Length_tmp= (TX_length+1)/2;
for (i = 0; i < Length_tmp; i++)
DM9000_outw((u16 *) TX_data[i], DM9000_DATA);}

3. 在寄存器TXPLH(0xFD)和TXPLL(0xFC)中设置传输的数据帧的长度。
DM9000_iow(0xFC, TX_length & 0xff); /*将数据长度的低字节写入寄存器TXPLL */
DM9000_iow(0xFD, (TX_length >> 8) & 0xff); /*将数据长度的高字节写入寄存器TXPLH */

4. 开始传输数据帧。
DM9000_iow(0x02, 1); /*将寄存器TCR的位0置1，向DM9000AE发出一个传输请求*/

5. 检查传输是否完成。
while (DM9000_ior(0x02) & 0x01) { /*检查寄存器TCR的位0是否为0，如果为0就表示传输完成*/
if (get_timer(0) >=timeout) { /*检查传输是否超时*/
printf("transmission timeout ");
break;
}
}

数据接收

类似地，数据接收也要经过如下几个步骤：

1. 检查DM9000AE的接收FIFO SRAM中是否接收到数据。
DM9000_ior(0xF0);
RX_ready= DM9000_inb (DM9000_DATA);
/*读取数据到达标志 */
if (RX_ready == 0)
return 0; /*如果没有数据到达，就返回调用此函数的原函数*/
if (RX_ready > 1)
reset(); /*当RX_ready 大于1时就说明DM9000AE处于异常状态，需要复位*/
当RX_ready等于1时说明有数据到达，进入第二步

2. 被接收数据帧的状态和长度检查。
(u8)io_mode= DM9000_ior (0xFE)>>7;
DM9000_outb(0xF2, DM9000_IO);
if(io_mode==1){
RX_status = DM9000_inb (DM9000_DATA)+( DM9000_inb (DM9000_DATA)<<8);
RX_length = DM9000_inb (DM9000_DATA)+( DM9000_inb (DM9000_DATA)<<8);}
else if(io_mode==0){
RX_status = DM9000_inw (DM9000_DATA);
RX_length = DM9000_inw(DM9000_DATA);}

3. 接收数据帧。
if(io_mode==1)
for (i = 0; i < RX_length; i++)
RX_data[i]=DM9000_inb(DM9000_DATA);
else if(io_mode==0)
{Length_tmp= (RX_length +1)/2;
for (i = 0; i < Length_tmp; i++)
(u16 *) RX_data[i]=DM9000_inw(DM9000_DATA);}

4. 对接收的数据帧进行错误检验。
if((RX_status & 0xbf00) || (RX_length < 0x40)|| (RX_length > 1536)) {
if (RX_status & 0x100) {
printf("rx fifo error ");} /*FIFO溢出错误*/
if (RX_status & 0x200) {
printf("rx crc error ");} /*CRC校验和错误*/
if (RX_status & 0x8000) {
printf("rx length error ");} /*接收的帧小于64字节*/
if (RX_length > 1536) {
printf("rx length too big "); /*接收的帧大于1536字节*/
dm9000_reset();}
}

网络启动的实现

本系统是在基于BF533+ DM9000AE的嵌入式硬件平台上，通过U-Boot在自启动时使用TFTP从网络加载μclinux。

U-Boot源代码移植

DM9000AE的驱动位于U-Boot的driver目录下，如果要使用此驱动，可以在include/configs目录下相应系统的头文件中加入宏定义语句。自定义系统可以根据基于相同体系结构的参考系统头文件来创建自己的头文件，比如，本系统以ezkit533系统为模板创建头文件mybf533.h，并且加入以下宏定义语句：

#define CONFIG_DRIVER_DM9000???1?/*使用DM9000AE驱动*/
#define CONFIG_DM9000_DEBUG???1?/*使用debug模式*/
#define CONFIG_DM9000_BASE??0x20000000?/*基地址*/
#define DM9000_IO?????0x20000000?/*IO地址*/
#define DM9000_DATA?????x20000004?/*数据地址*/

为了简化U-Boot系统的设置，还可以把网络参数通过宏进行定义。