摘要：提出在μClinux操作系統下，用Motorola公司的Cold Fire 5307型32位控制器為CPU的嵌入式工業網絡服務器的SDRAM開辟數據交換區的思想和解決方案。

關鍵詞：μClinux 嵌入式系統 SDRAM 數據交換區

引言

數 據交換區是指程序執行中使用到的各種數據所存放的內存空間。本文提出了在μClinux操作系統下為嵌入式工業網絡服務器開辟數據交換萄思想和解決方案。 嵌入式工業網絡服務器項目的開發目的是構建一個以Client/Server模式工作的工業遠程監控系統，其前端是一個嵌入式服務器，它安裝在工業現場， 可以與三菱PLC組成的控制系統接口，對該系統實施實時監控。其中數據交換區部分起到承上啟下的樞紐作用，向上負責對客戶端交互現場設備數據，向下負責與 接口緩沖區交互設備實時數據。系統以Motorola公司的32位控制器Cold Fire5307為CPU，使用2個現代公司的HY57V641620型（4M×16bit）的SDRAM拼成4M×32位的SDRAM，使系統具有16 bytes的RAM空間。

1 μClinux操作系統

系統選取μClinux操作系統為開發平臺，為有2個SDRAM（4M×16bit）的嵌入式工業網絡服務器開辟數據交換區。

Cold Fire 5307微處理器上可以運行很多操作系統，但是可以說μClinux是最合適、性價比最高的操作系統。目前商用的實時操作系統，如VxWorks和 Nuclesus等價格比較昂貴，而且需要附加的C編譯器和相關的調試工具。而μCOS等免費的實時操作系統又沒有很好的文件系統和TCP/IP協議的支 持，就嵌入式工業網絡服務器的應用特點而言，μClinux內核采用模塊化設計，很多功能塊可以獨立地加載或卸載，在設計內核時可以把這些內核模塊作為可 選項，編譯系統內核時指定。一種較通用的做法是對μClinux內核重新編譯，在編譯時仔細的選擇嵌入式系統所需要的功能支持模塊，同時刪除不需要的功能 模塊。通過對內核的重新配置，可以使系統運行所需要的內核顯著減小，從而縮減需要的控制器RAM和ROM資源。

μClinux 同標準Linux的最大區別在于內存管理，對SDRAM數據交換區的管理就屬于內存管理范疇。標準Linux使用虛擬存儲器技術，對于μClinux來 說，其設計針對沒有MMU（memory management unit）的處理器。但μClinux仍然采用存儲器的分頁管理，系統在啟動時把實際存儲器進行分頁。在加載應用程序時程序分頁加載。但是由于沒有MMU 管理，所以實際上μClinux采用實存儲器管理策略（real memory management）。μClinux系統對于內存的訪問是直接的，它對地址的訪問不需要經過MMU，而是直接送到地址線上輸出，所有程序中訪問的地址 都是實際的物理地址。μClinux對內存的管理從編譯內核開始，從而系統將在啟動的初始化階段對內存進行分頁，并且標記已使用的和未使用的內存。系統將 在運行應用時使用這些分布內存。另外由于采用實存儲器管理策略，用戶程序同內核以及其他用戶程序在一個地址空間，程序開發時要保證不侵犯其他程序的地址空 間，以使得程序不至于破壞系統的正常工作，或導致其他程序的運行異常。

2 數據交換區硬件架構

系統采用Motorola公司的Cold Fire 5307型32位控制電路為CPU，用2個現代公司的HY57V641620型的SDRAM（4M×16bit）拼成4M×32位的SDRAM，使系統具有16M bytes的RAM空間。

Clod Fire系列微處理器是Motorola公司繼其M68K系列微處理器之后推出的新一代內核的32位高位能嵌入式微處理器。Clod Fire系列微處理器繼承了M68K系列優秀的指令集設計和CISC架構的優點，融入了RISC架構，在速度和架構之間得到了很好的平衡。Cold Fire 5307型微處理器運行在外部總線時鐘45MHz，內部總線時鐘90MHz，速率可達75MIPS。

與 Flash存儲器相比較，SDRAM不具有掉電保存數據的特性，但其存取速度大大高于Flash存儲器，且具有讀/寫的屬性。因此，SDRAM在系統中主 要用于程序的運行空間、數據交換區及堆棧區。當系統啟動時，CPU首先從復位地址0x0處讀取啟動代碼，在完成系統初始化后，程序代碼一般應調入 SDRAM中運行 ，以提高系統的運行速度，同時，系統及用戶堆棧、運行數據也都放在SDRAM中。SDRAM具有單位空間存儲容量大價格便宜的優點，已廣泛應用在各種嵌入 式系統中。SDRAM的存儲單元可以理解為一個電容器，總是傾向于放電，為避免數據丟失，必須定時刷新（充電）。

嵌 入式工業網絡服務器項目中的數據交換區根據數據交換匹配置文件生成。向上負責與客戶端交互現場設備數據，向下負責與接口緩沖區交互設備實時數據。每個 SDRAM由4M×16bit的內部Bank組成，這個Bank的選擇由SDRAM外部引腳BA0和BA1來完成，筆者將BA0和BA1都連接在Cold Fire 5307的高端地址線上；其他信號和Cold Fire 5307都一一對應。UDQM和LDQM是SDRAM的高低字節片選信號，因為每個SDRAM都是16位架構，所以將二片SDRAM拼成32位時，除數據 線和這二個片選信號之外，其他信號線對二個SDRA來說都是共用的。這二個信號分別接Cold Fire 5307的CAS0、CAS1和CAS2、CAS3。SDRAM與MCF5307的連接如圖1所示。