ColdFire系列處理器介紹

飛思卡爾32位處理器分為PowerPC系列、ColdFire系列以及DragonBall系列等。ColdFire系列是重要的組成部分之一，它可以應用于工業(yè)控制、儀器儀表、民用產品、網絡產品等領域。ColdFire系列具有很好的性價比，它的價格從2美金到20美金不等。ColdFire系列處理器擁有許多開發(fā)工具并為使用者提供了一些現成的解決方案，這使得使用者能夠快速地開發(fā)出自己的應用產品。

ColdFire處理器有V2核和V4核之分，52系列為V2核架構，54系列為V4架構。下面以V2核為例介紹其性能：

V2核擁有變長的RISC指令集;有2個獨立的流水線;用3個長字的FIFO緩沖區(qū)將流水線彼此分離;32位的內部地址總線支持4GB的線性地址空間;32位數據總線;16個用戶可用的32位通用寄存器;它支持高級語言結構的優(yōu)化等許多性能。

MCF527X系列主要有MCF5270到MCF5275處理器，它主要適用于遠程監(jiān)控、數據安全加密設備、以太網集線器、家用路由器等產品。其主要特點是： V2 ColdFire內核，在166MHz時鐘頻率下可具有159MIPS的處理能力;32 32位的增強型乘法累計單元以及硬件的除法器;具有8KB或16KB字節(jié)的可配置指令/數據高速緩存;具有豐富的外設接口;封裝形式分為196管腳的BGA和256管腳的BGA封裝。

MCF523X系列產品主要有MCF5232、MCF5235等，它的最大特點是增加了增強型的時序處理單元(eTPU)。該功能特別適用于網絡通信安全的產品。它也是其V2 ColdFire內核結構。

MCF547X系列和MCF548X系列產品的主要特點是使用第四代增強型ColdFire內核(V4e)。它們特別適用于工具自動化、流程控制、機器人、醫(yī)療儀器等。

除了上述處理器外，飛思卡爾ColdFire系列還包括最早得到使用的MCF5272處理器，集成了以太網媒體接入控制器(MAC)和網絡應用軟件的MCF5282處理器，以及集成外設和增強型乘法累加器的MCF5249處理器等。

CLinux應用程序開發(fā)

目前所使用的ColdFire編程環(huán)境主要有兩種，下面以MCF5249開發(fā)板為例，介紹 CLinux的運行與運用。

CLinux應用程序開發(fā)

1. 建立宿主機開發(fā)環(huán)境

開發(fā)時使用宿主機上的交叉編譯、匯編及鏈接工具形成可執(zhí)行的二進制代碼，然后把可執(zhí)行文件下載到目標機上運行。

CLinux的硬件開發(fā)環(huán)境主要有宿主機和目標板。宿主機建議安裝RedHat9.0版，目標板可選用MCF5249、5282、5272等。宿主機和目標板之間的連接可以采用并口線、串口線或者直連的網線。

2. 開發(fā)模式

首先在宿主機(PC機)上調試通過后，再移植到目標板上。這種方式下可以使用gdb調試工具。移植主要涉及到函數庫問題以及改動Makefile以適應不同的目標板。通常采用直接在目標板上進行開發(fā)的模式。將宿主機和目標板通過串口線相連，在宿主機上運行minicom作為目標板的顯示終端，掛載宿主機硬盤，直接在目標板上調試應用。

直接在目標板上調試應用程序的方法有以下三種：

(1)打印串口。這是嵌入式系統(tǒng)最常用的調試手段，簡單而實用、有效。

(2)使用log記錄文件。

(3)gdb調試。

CLinux驅動程序開發(fā)

CLinux驅動程序開發(fā)從應用開發(fā)概念層次上看可分為上、中、下三層，最下層為硬件，中間層為嵌入式操作系統(tǒng)、最上層為應用程序。硬件層和嵌入式操作系統(tǒng)之間依靠驅動程序來連接，而嵌入式操作系統(tǒng)與應用程序之間通過調用來實現。

Linux下，驅動程序是靠設備驅動程序來實現的，Linux將不同的設備分歸為三類：字符設備、塊設備和網絡設備。字符設備中常見的有串口、顯示器、打印機等;塊設備中常見的有硬盤、磁盤、光盤等;網絡設備一般為各種網絡接口。

CLinux應用實例

基于 CLinux的QSPI數據采集

串行外圍接口(SPI)是飛思卡爾公司提出的同步串行外設接口，它允許CPU與各種外圍接口器件以串行方式進行通信、交換信息。QSPI模塊提供隊列傳輸性能的串行外圍接口。

從 QSPI結構上看，QSPI模塊有7個信號引腳，其中4個是片選信號。它有80個字節(jié)的QSPI RAM。它的控制邏輯與內部總線相連。隊列控制區(qū)與地址寄存器相連。4個外圍設備片選信號用于選擇哪一個外部器件與QSPI通信。片選信號只作簡單的片選，但可通過外部4～16譯碼器來控制多達15個端口。

對于32位ColdFire處理器可以采用三種方式控制QSPI(以MCF5249為例)，它們分別是：

1、裸機方式，即不需要 CLinux的支持，直接MCF5249的QSPI寄存器進行設置。

2、在 CLinux中直接設置QSPI寄存器，以用戶應用程序的方式控制QSPI操作。

3、以 CLinux驅動形式加入QSPI控制程序，同時為用戶提供QSPI接口。用戶通過所提供的接口對QSPI進行設置控制。

本文的數據采集方案是第3種方法。

基于 CLinux的USB數據存儲

基于 CLinux的USB數據存儲結構如圖1所示，其中MCF5249開發(fā)板作為USB HOST端，U盤作為存儲介質，可以實現數據靈活的存儲與移動。

CLinux中的USB驅動主要模塊為：

要實現對U盤的支持，需要對 CLinux進行如下設置：在 CLinux目錄下執(zhí)行make menuconfig，進入 CLinux配置界面。

MCF5282EVB板bootloader移植

Bootloader操作模式有兩種。

啟動加載模式：這種模式也稱為自主模式，即Bootloader從目標機上的ROM上將操作系統(tǒng)加載到RAM中運行，整個過程并沒有用戶的介入。

下載模式：在這種模式下，目標機上的Bootloader將通過串口連接或網絡連接等通信手段從宿主機下載映像。從宿主機下載的映像通常先被保存到目標機的RAM中，然后再寫到目標機的ROM中。

MCF5282EVB板Bootloader移植的主要文件如圖2所示。由于MCF5282是Coldfire系列微處理器，所以它與其他型號的Coldfire微處理器有相似之處。對片內外設的控制寄存器讀寫方式與MCF5206相似;而片內外設與MCF5272非常相似，都有QSPI、QAD、FEC。