一种嵌入式Linux平台的软硬件设计

1 操作系统uClinux

Linux是一种很受欢迎的类UNIX操作系统，它免费并开放源代码，在个人计算机、服务器领域应用广泛。更重要的是，Linux采用模块化设计，实际应用中可以定制，因此Linux也适用于嵌入式领域。uClinux正是Linux的一个嵌入式版本，其内核的二进制映像文件可以做到小于512KB。

uClinux针对无内存管理单元MMU(Memory Management Unit)的处理器设计，支持多任务，具有完备的TCP/IP协议栈并支持多种网络协议。uClinux还支持多种文件系统，如ROMFS、NFS、FAT16/32。实际上，uClinux已经成功应用于路由器、网络摄像机、机顶盒、PDA等诸多领域。

另外，uClinux可移植性很强，用户通过重新配置、编译内核，很方便将其移植到68K、Dragon Ball、ColdFire、Power PC、ARM等多种处理器计算平台。当前uClinux提供2.0和2.4两个内核版本。从内核版本2.2开始，Linux被设计成与IEEE POSIX标准兼容的系统，这意味着大部分已有的UNIX程序，源代码不经修改就可以进行编译并移植到新的目标平台。笔者选择了2.4内核的uClinux作为平台操作系统。

2 硬件平台设计

2.1 处理器

目标平台CPU采用Motorola公司生产的ColdFire嵌入式处理器MCF5272。MCF5272采用ColdFfireV2可变长RISC处理器核和DigitalDNA技术，在66MHz时钟下能够达到63MIPS@Dhrystone2.1的优良处理能力。其内部SIM(System Integrated Module)单元集成了丰富的通用模块，如10/100Mbps快速以太网控制器、USB1.1接口等，并且能够与常用的外围设备(如SDRAM、ISDN收发器)实现无缝连接，从而简化了外围电路设计，降低了产品成本、体积和功耗。

2.2 系统内存

系统内存由三部分组成。MCF5272内部集成了4K字节的SRAM(静态RAM)以及片外扩展的FLASH(闪烁存储器)和SDRAM(同步动态RAM)。FLASH容量为1M×16Bit，AMD29LV系列，片选信号为CS0，用于存放矢量表、uClinux内核映像及ROMFS文件系统。SDRAM采用两片HY系列4M×16Bit的SDRAM，共同组成16M、32位宽的系统主存储器。SDRAM片选信号为CS7。

2.3 通用外设

MCF5272内部集成了UART、USB控制器，只需很少的外围芯片就可以实现两个RS232串口和一个USB Slave接口。MCF5272还内嵌一个FEC(快速以太网控制器)，片外扩展一片LXT971，可方便地实现了一个100/10 Base T的以太网接口。