剖析Blackfin及嵌入式ktClinux在数据采集系统中的应用
摘要：本文介绍了一款高性价比的嵌入式处理器，并提供了带usb、以太网、tft lcd的嵌入式数据采集系统解决方案，以及bt531的u-boot和μclinux的编写移植，大大简化了数字设备日益繁多的功能和外设驱动的开发。
前言
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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前言
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。
PLC、DCS、SCADA系统通过OPC智能网关与云平台实时通讯
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智能机器人吸尘器工作原理
三星和松下部分电视将支持HDR10+
剖析Blackfin及嵌入式ktClinux在数据采集系统中的应用
使用SOM的方法和理由
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什么是数字孪生技术，它的作用是什么
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工业设备为什么用物联网卡，它的优势是什么
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5G技术在科技创新的趋势发展下，正在推动行业变革
数据中心的拐点：Molex莫仕发挥 224 Gbps-PAM4 的能力