uClinux - 嵌入式设计资源简化优化汇聚式处理器的实现

2. uClinux

　　Linux是一种很受欢迎的操作系统，它与UNIX系统兼容，开放源代码。它原本被设计为桌面系统，现在广泛应用于服务器领域。而更大的影响在于它正逐渐的应用于嵌入式设备。uClinux正是在这种氛围下产生的。在uClinux这个英文单词中u表示Micro,小的意思，C表示Control,控制的意思，所以uClinux就是Micro-Control-Linux,字面上的理解就是"针对微控制领域而设计的Linux系统".uCLinux是一种优秀的嵌入式Linux版本，是micro-Conrol-Linux的缩写。它秉承了标准Linux的优良特性， 经过各方面的小型化改造，形成了一个高度优化的、代码紧凑的嵌入式Linux.虽然它的体积很小，却仍然保留了Linux的大多数的优点：稳定、良好的移植性、优秀的网络功能、对各种文件系统完备的支持和标准丰富的API.它专为嵌入式系统做了许多小型化的工作，目前已支持多款CPU. 其编译后目标文件可控制在几百KB数量级，并已经被成功地移植到很多平台上。

　　uClinux操作系统可直接运行于Blackfin处理器，对于很多嵌入式应用来说，在与Blackfin处理器同等价位的方案中很少有能支持Linux的。然而，在面向特定的嵌入式应用时，例如内存空间有限或需要实时确定性以及高安全性能的应用，Linux仍存在许多挑战。工具链的改善、不断演变的标准化努力等，都有助于提升Linux对于所有嵌入式应用的价值。为此，ADI公司在uClinux里集成了大量硬件驱动和应用例程，包括无线局域网驱动、音/视频编解码器驱动等，从而将帮助客户非常方便地从原来的系统移植到Blackfin平台上来。此外，ADI还与全球领先企业建立了广泛的合作关系，为基于Linux的Blackfin嵌入式系统应用开发提供了大量的优化的操作系统应用资源。ADI与公认的uClinux先驱Arcturus Networks公司联合推出的新型uCBF54x启动开发工具套件和系统模块就是这样的一个范例。该开发套件可以加快具有多通道语音、mini PBX或IP视频能力的嵌入式媒体设备的开发过程，提供的软件包括开源uClinux BSP(板级支持包)以及Arcturus语音与管理中间件，包括完整的SIP和RTP堆栈。经过多年积累，Blackfin Linux已经成为嵌入式系统领域最为稳定的嵌入式Linux发行包之一。

　　3. μC/OSII

　　μC/OSII作为一个源码公开的嵌入式实时操作系统，可以支持64个任务，同时支持信号量、消息队列、邮箱等多种常用的进程间通信方式。该操作系统程序可读性强、移植性好、可裁剪，并已在通信、电子、自动化等领域的嵌入式设备中获得了大量的应用。μC/OSII是Blackfin所支持的RTOS之一，在高速的Blackfin处理器上有很强的硬实时性能，操作系统中断响应时间约为110周期(600MHz下约0.18us)，同样针对Blackfin处理器的主要目标应用集成了大量硬件驱动模块和各种库资源。

　　如果上述的操作系统都不能满足您的目标应用需求，那么您可以采用随VisualDSP自带的操作系统内核(VDK)。VDK是一个小而健壮的内核，支持当前所有的Blackfin处理器以及未来可能出现的新Blackfin处理器产品，基于VDK的嵌入式系统开发能满足在不同Blackfin处理器之间的API兼容性。更重要的是，使用VDK不需要支付任何额外的成本，无须支付许可证费用或使用费，它是作为VisualDSP 的一部分提供的，会随着VisualDSP 的升级而升级。VDK很好地整合到了VisualDSP中，在项目的静态设置(如线程创建和信号量)管理非常方便，提供了很多的便利功能，包括线程、优先级、信号量、消息传递、关键域和禁止调度域等

　　完善的软件开发工具环境

　　随着嵌入式处理应用越来越复杂、投放市场的时间越来越急迫，完善的开发环境变得越来越重要。除了上述全系列优化的嵌入式操作系统外，具有完整的开发环境是其受广泛欢迎的重要原因之一。ADI提供业界一流的工具、初学套件与支持，包括熟知的、能够支持其他Blackfin处理器的ADI CROSSCORE软件与硬件工具，这些工具包括获奖的VisualDSP++集成开发与调试环境、仿真器，以及EZ-KIT Lite评估版硬件。

　　此外，ADI还为嵌入式系统开发提供了大量的系统服务程序，即为嵌入式系统提供各种常见功能的软件库，这些服务程序实际上是可用于任何系统的公用程序，既可在未安装RTOS的独立式环境下运行，又可用于VDK环境。利用这些系统服务程序，用户可以便捷、高效地接入Blackfin处理器的硬件子系统，具体而言包括锁相环路、直接内存存取、中断控制器、标志控制器和定时器等等。所有Blackfin处理器均采用一套通用的API,各种应用和设备驱动程序均可使用这些系统服务程序。系统服务程序中包含的软件都经过反复测试、稳定可靠的，用户可以轻松直接使用这些程序。利用服务程序，用户可以轻松整合这些模块化软件。服务程序将负责管理硬件资源，因此，将不同开发人员编写的两个程序块整合起来变得轻而易举。这些服务程序都与VisualDSP++集成开发环境一起提供。

　　为改进应用开发环境，美国国家仪器有限公司(NI)与ADI联合推出了专用于ADI Blackfin处理器的LabVIEW嵌入式模块，将LabVIEW图形化数据流的开发环境扩展到高性能、低功耗的Blackfin处理器，通过无缝地集成到ADI VisualDSP++开发和调试环境，极大地方便进行快速的嵌入式系统开发。使用NI LabVIEW嵌入式技术可以一步到位完成系统建模的硬件在环测试和原型设计，帮助没有嵌入式编程经验的工程师克服嵌入式开发过程中遇到的传统挑战，可以花更少的时间在细节的了解和传统低层工具的语法上，从而可以把更多的时间用于设计优化。这一图形化的软件包括140多种Blackfin特有的、经过优化的数学、分析和信号处理函数，如音频和视频DAC、ADC和编解码器等集成I/O.

　　尽管有优化的操作系统可供选择以及提供无缝集成的完善开发工具环境，但即使对于一个经验丰富的设计工程师来说，嵌入式系统设计依然是一个极具挑战性的工作。为帮助企业更快地利用Blackfin处理器完成优化的产品设计，加快产品面市时间并降低设计成本，ADI还与众多本地技术提供商建立了紧密的合作关系，通过他们为企业提供更具针对性、贴身的技术支持。这些第三方机构除了提供针对特定应用的完整参考设计外，还提供相应的仿真器、集成开发环境，以及嵌入式开发培训等服务。这些机构包括：嵌入式开发工具和培训提供商深圳英蓓特(提供ADSP开发工具 Embest EmLink仿真器 Embest BDT集成开发环境);针对多种应用的嵌入式Linux开发平台及OEM板级硬件方案的华恒科技(HHBF531-StartKit,uCLinux下全套开发工具集硬件驱动、协议栈等);提供嵌入式数字媒体开发工具的上海德景(DUITEK_BF_DEMO评估板);等等。

　　应用案例--数码相框设计

　　

 

　　数码相框方案结构图

　　上图是上海世勤电子科技有限公司基于Blackfin处理器BF52x系列开发的数码相框产品方案结构图，该产品具有互联网WiFi无线连接、电子邮件发送、RSS新闻阅读、即时照片分享、全触摸操作等领先的性能特性。该方案采用了uClinux嵌入式操作系统。作为一款典型的消费电子产品，满足产品高性能要求的低成本实现方案是选择的关键，Blackfin可以直接运行于uClinux使得方案有效地降低了整体实现成本，而且极大地方便了将公司以往的设计软件移植到新的系统中。事实上，在与BF52x处理器相近价格的同类解决方案中，很少有支持Linux的处理器。