摘? 要：U-BOOT是一種開放源碼的、用于多種嵌入式微處理器的引導加載程序，目前U-BOOT僅支持10M/100M網(wǎng)絡功能。本文介紹了一種讓U-BOOT支持千兆網(wǎng)絡功能的方法及所需的硬件平臺結(jié)構，重點介紹了此千兆網(wǎng)絡驅(qū)動程序的結(jié)構及設計方法，并給出了驅(qū)動程序在U-BOOT中的移植過程。該設計可以使U-BOOT功能更加強大，使用更加方便，同時也能使嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡接口設計更加靈活。
　　關鍵詞： U-BOOT；千兆網(wǎng)；AX88180；驅(qū)動

引言
　　U-BOOT是德國DENX小組開發(fā)的用于多種嵌入式微處理器的引導加載程序，它是系統(tǒng)上電后運行的第一段程序代碼，用于初始化目標板硬件，為嵌入式操作系統(tǒng)提供目標板硬件配置信息，并裝載、引導和運行嵌入式操作系統(tǒng)等。U-BOOT支持網(wǎng)絡功能，在下載操作系統(tǒng)內(nèi)核和大的文件系統(tǒng)時，比其它不支持網(wǎng)絡的引導加載程序速度更快、更方便。目前U-BOOT僅支持10M/100M的網(wǎng)絡功能，隨著科學技術發(fā)展，千兆網(wǎng)絡功能必將大量應用在嵌入式系統(tǒng)中。本文介紹了一種讓U-BOOT支持千兆網(wǎng)絡功能的方法，可以使U-BOOT功能更加強大，使用更加方便。

U-BOOT簡介
　　U-Boot的全稱是Universal Boot Loader，它遵循GPL條款的開放源碼項目，支持多種處理器，如ARM、PowerPC、MIPS等，也支持Linux、VxWorks、QNX、RTEMS、ARTOS、LynxOS等嵌入式操作系統(tǒng)。
U-BOOT包含兩種不同的工作模式：啟動加載模式和下載模式。啟動加載模式也稱為自主模式，即U-BOOT從目標機上的某個固態(tài)存儲設備上將操作系統(tǒng)加載到 RAM 中運行，這種模式是U-BOOT的正常工作模式。下載模式就是在開發(fā)或生產(chǎn)過程中，U-BOOT通過網(wǎng)絡連接等通信手段從主機下載操作系統(tǒng)內(nèi)核和文件系統(tǒng)等到目標機的 RAM 中，然后再寫到目標機上的FLASH 類固態(tài)存儲設備中。U-BOOT允許用戶在這兩種工作模式間進行切換，系統(tǒng)啟動時會延時等待一段時間，如果這時用戶沒有按鍵，U-Boot就默認進入啟動加載模式。

　　U-BOOT代碼采用一種高度模塊化的編程方式，可以很方便地在不同的硬件平臺上進行移植。U-BOOT下包含多個目錄，其中BOARD目錄下存放了所有其支持的目標板子目錄，比如BOARD/SMDK2440/就是本文將要用到的目標板；COMMON目錄是與體系結(jié)構無關的文件，實現(xiàn)各種命令的C文件；CPU目錄存放了其支持的CPU類型, 比如arm920t、mips、mpc8260和nios等，每個特定的子目錄中都包括cpu.c和interrupt.c、start.S；DRIVERS目錄存放了各種外設接口的驅(qū)動程序，其中就包含本文用到的千兆網(wǎng)絡的驅(qū)動程序；FS目錄存放了一些文件系統(tǒng)，U-BOOT現(xiàn)在支持cramfs、fat、fdos、jffs2和registerfs；net目錄存放的是與網(wǎng)絡有關的代碼，BOOTP協(xié)議、TFTP協(xié)議、RARP協(xié)議和NFS文件系統(tǒng)的實現(xiàn)；INCLUDE目錄存放了一些相關頭文件，還有對各種硬件平臺支持的匯編文件、系統(tǒng)的配置文件和對文件系統(tǒng)支持的文件。

硬件平臺
　　本文使用的硬件平臺是基于S3C2440A的開發(fā)板和基于非PCI千兆以太網(wǎng)控制芯片ax88180的嵌入式網(wǎng)卡，如圖2所示。S3C2440A是ARM920T 核的16/32 位RISC嵌入式微處理器，運行頻率高達500MHz，開發(fā)板上有64M NAND閃存、64M SDRAM；網(wǎng)卡由MAC芯片AX88180、PHY芯片88E1111、RJ45等電路組成；S3C2440A目標板與網(wǎng)卡之間采用目標板32位擴展總線相連接，在產(chǎn)品設計時也可以將這兩部分設計在同一塊板上。

驅(qū)動程序
　　在U-BOOT中嵌入千兆網(wǎng)絡功能需要設計千兆網(wǎng)卡驅(qū)動程序，并在U-BOOT中進行移植，在相應的硬件平臺上實現(xiàn)通過千兆網(wǎng)口下載等功能。網(wǎng)卡驅(qū)動程序主要由初始化程序eth_init(bd_t*bd)、關閉網(wǎng)絡設備程序eth_halt(void)、發(fā)送數(shù)據(jù)包程序eth_send(volatilevoid* packet，intlength)、接收數(shù)據(jù)包程序inteth_rx(void)等組成。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對網(wǎng)絡控制芯片AX88180和PHY芯片的配置，比如將接口設置為1000Mbps、全雙工模式等。數(shù)據(jù)發(fā)送就是將上層協(xié)議打包好的數(shù)據(jù)放在發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，然后由網(wǎng)卡發(fā)送到網(wǎng)絡上；數(shù)據(jù)接收就是在網(wǎng)卡接收到網(wǎng)絡傳來的數(shù)據(jù)包產(chǎn)生中斷后，從緩沖區(qū)將數(shù)據(jù)取出交給上層協(xié)議程序進行解包處理。中斷服務程序處理網(wǎng)卡發(fā)送數(shù)據(jù)包后、接收到數(shù)據(jù)包后產(chǎn)生的中斷以及PHY產(chǎn)生的中斷等。

網(wǎng)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;}

驅(qū)動移植
　　驅(qū)動移植是在基于S3C2440A硬件平臺的U-BOOT中添加驅(qū)動程序代碼和相關配置，具體如下：
1. 在drivers/目錄中添加網(wǎng)口設備驅(qū)動程序ax88180.c和ax88180.h。
2. 在lib_arm/board.c中相應位置(參考CS8900)添加如下代碼：
#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中相應位置(參考CS8900)添加如下代碼：
#define CONFIG_DRIVER_AX88180?1
#define AX88180_BASE???0x08000000
4. 最后在drivers/Makefile中加入ax88180.o，重新編譯生成U-BOOT即可。

結(jié)語
　　U-BOOT廣泛應用在嵌入式系統(tǒng)中，本文闡述的方法可以使U-BOOT功能更強大、使用更方便，文中介紹的硬件平臺給嵌入式系統(tǒng)千兆網(wǎng)絡功能的設計提供了一定的指導。本設計雖然基于S3C2440A平臺，對其它類似的系統(tǒng)也有很好的借鑒作用，本文介紹的方法已經(jīng)在產(chǎn)品中得到應用，效果良好。