一种在U-BOOT中嵌入千兆网络功能的方法【转】
摘 要：U-BOOT是一种开放源码的、用于多种嵌入式微处理器的引导加载程序，目前U-BOOT仅支持10M/100M网络功能。本文介绍了一种让U- BOOT支持千兆网络功能的方法及所需的硬件平台结构，重点介绍了此千兆网络驱动程序的结构及设计方法，并给出了驱动程序在U-BOOT中的移植过程。该 设计可以使U-BOOT功能更加强大，使用更加方便，同时也能使嵌入式系统网络接口设计更加灵活。
关键词： U-BOOT；千兆网；AX88180；驱动
引言
U-BOOT是德国DENX小组开发的用于多种嵌入式微处理器的引导加载程序，它是系统上电后运行的第一段程序代码，用于初始化目标板 硬件，为嵌入式操作系统提供目标板硬件配置信息，并装载、引导和运行嵌入式操作系统等。U-BOOT支持网络功能，在下载操作系统内核和大的文件系统时， 比其它不支持网络的引导加载程序速度更快、更方便。目前U-BOOT仅支持10M/100M的网络功能，随着科学技术发展，千兆网络功能必将大量应用在嵌 入式系统中。本文介绍了一种让U-BOOT支持千兆网络功能的方法，可以使U-BOOT功能更加强大，使用更加方便。
U-BOOT简介
U-Boot的全称是Universal Boot Loader，它遵循GPL条款的开放源码项目，支持多种处理器，如ARM、PowerPC、MIPS等，也支持Linux、VxWorks、QNX、RTEMS、ARTOS、LynxOS等嵌入式操作系统。
U- BOOT包含两种不同的工作模式：启动加载模式和下载模式。启动加载模式也称为自主模式，即U-BOOT从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到 RAM 中运行，这种模式是U-BOOT的正常工作模式。下载模式就是在开发或生产过程中，U-BOOT通过网络连接等通信手段从主机下载操作系统内核和文件系统 等到目标机的 RAM 中，然后再写到目标机上的FLASH 类固态存储设备中。U-BOOT允许用户在这两种工作模式间进行切换，系统启动时会延时等待一段时间，如果这时用户没有按键，U-Boot就默认进入启动 加载模式。
U-BOOT代码采用一种高度模块化的编程方式，可以很方便地在不同的硬件平台上进行移植。U-BOOT下包含多个目录，如图1所示。 其中BOARD目录下存放了所有其支持的目标板子目录，比如BOARD/SMDK2440/就是本文将要用到的目标板；COMMON目录是与体系结构无关 的文件，实现各种命令的C文件；CPU目录存放了其支持的CPU类型, 比如arm920t、mips、mpc8260和nios等，每个特定的子目录中都包括cpu.c和interrupt.c、start.S； DRIVERS目录存放了各种外设接口的驱动程序，其中就包含本文用到的千兆网络的驱动程序；FS目录存放了一些文件系统，U-BOOT现在支持 cramfs、fat、fdos、jffs2和registerfs；net目录存放的是与网络有关的代码，BOOTP协议、TFTP协议、RARP协议 和NFS文件系统的实现；INCLUDE目录存放了一些相关头文件，还有对各种硬件平台支持的汇编文件、系统的配置文件和对文件系统支持的文件。
图1? U-BOOT目录
硬件平台
本文使用的硬件平台是基于S3C2440A的开发板和基于非PCI千兆以太网控制芯片AX88180的嵌入式网卡，如图2所示。 S3C2440A是ARM920T 核的16/32 位RISC嵌入式微处理器，运行频率高达500MHz，开发板上有64M NAND闪存、64M SDRAM；网卡由MAC芯片AX88180、PHY芯片88E1111、RJ45等电路组成；S3C2440A目标板与网卡之间采用目标板32位扩展总 线相连接，在产品设计时也可以将这两部分设计在同一块板上。
驱动程序
在U-BOOT中嵌入千兆网络功能需要设计千兆网卡驱动程序，并在U-BOOT中进行移植，在相应的硬件平台上实现通过千兆网口下 载等功能。网卡驱动程序主要由初始化程序eth_init(bd_t*bd)、关闭网络设备程序eth_halt(void)、发送数据包程序 eth_send(volatilevoid* packet，intlength)、接收数据包程序inteth_rx(void)等组成。初始化程序的工作主要是配置和初始化硬件，在初始化程序里可 以完成对网络控制芯片AX88180和PHY芯片的配置，比如将接口设置为1000Mbps、全双工模式等。数据发送就是将上层协议打包好的数据放在发送 数据缓冲区，然后由网卡发送到网络上；数据接收就是在网卡接收到网络传来的数据包产生中断后，从缓冲区将数据取出交给上层协议程序进行解包处理。中断服务 程序处理网卡发送数据包后、接收到数据包后产生的中断以及PHY产生的中断等。
图2 硬件平台结构框图
网卡初始化程序如下：
int eth_init (bd_t * bd)
{
...
memset (&axlocal, 0, sizeof(AX88180_PRIVATE));
RESET_MAC;
DISABLE_INTERRUPT;
WRITE_MACREG(CMD, WAKEMOD);
tmp16 = bd->bi_enetaddr[1];
macid0_val = (tmp16 << 8) | bd->bi_enetaddr[0];
tmp16 = bd->bi_enetaddr[3];
macid1_val = (tmp16 << 8) | bd->bi_enetaddr[2];
tmp16 = bd->bi_enetaddr[5];
macid2_val = (tmp16 << 8) | bd->bi_enetaddr[4];
WRITE_MACREG(MACID0, macid0_val);
WRITE_MACREG(MACID1, macid1_val);
WRITE_MACREG(MACID2, macid2_val);
ax88180_PHY_initial();
ax88180_meida_config();
WRITE_MACREG(RXFILTER, DEFAULT_RXFILTER);
INIT_TXRX_VARIABLES;
READ_MACREG(ISR, tmp_regval);
PRINTK(INIT_MSG, "ax88180: The interrupt status = 0x%08lx\n", tmp_regval);
if (tmp_regval)?WRITE_MACREG(ISR, tmp_regval);
WRITE_MACREG(CMD, RXEN | TXEN | WAKEMOD);
return 0;}
驱动移植
驱动移植是在基于S3C2440A硬件平台的U-BOOT中添加驱动程序代码和相关配置，具体如下：
1. 在drivers/目录中添加网口设备驱动程序ax88180.c和ax88180.h。
2. 在lib_arm/board.c中相应位置(参考CS8900)添加如下代码：
#ifdef CONFIG_DRIVER_AX88180
extern void ax88180_get_ enetaddr (uchar * addr);
#endif
#ifdef CONFIG_DRIVER_AX88180
ax88180_get_enetaddr (gd->bd->bi_enetaddr);
#endif
3. 在include/configs/smdk2440.h中相应位置(参考CS8900)添加如下代码：
#define CONFIG_DRIVER_AX88180?1
#define AX88180_BASE???0x08000000
4. 最后在drivers/Makefile中加入ax88180.o，重新编译生成U-BOOT即可。
结语
U-BOOT广泛应用在嵌入式系统中，本文阐述的方法可以使U-BOOT功能更强大、使用更方便，文中介绍的硬件平台给嵌入式系统千兆 网络功能的设计提供了一定的指导。本设计虽然基于S3C2440A平台，对其它类似的系统也有很好的借鉴作用，本文介绍的方法已经在产品中得到应用，效果 良好。 ■
参考文献
1． 钱峰. U-Boot在S3C44B0上的移植[J].微计算机信息.2006年第9-2期:P119-121
2． 聂强，孙贺. linux_mig_ release.pdf. http://www.hhcn.com/chinese/files
3． Allan Chou. ax88180.c.ASIX Electronics Corporation.2006
