How to Run the MQX™ RTOS on Various RAM Memories for i.MX 6SoloX

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晖箱季
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1 Freescale Semiconductor, Inc. Document Number: AN5127 应用笔记 Rev. 1, 05/2015 如何在 i.mx 6SoloX 的各种随机存取存储器 (RAM) 上运行 MQX 实时操作系统 1 简介本文档介绍如何根据需要修改软件, 使 Cortex -M4 可以在不同的 RAM( 如内置 OCRAM 和外置 DDR SDRAM) 上运行 MQX RTOS 默认情况下,i.MX 6SoloX Linux 板级支持包 (BSP) 和 MQX 实时操作系统 (RTOS) 发行包支持 Cortex-M4 在 QuadSPI NOR Flash 上开始运行然而在某些情况下, 用户需要在 DDR 或 OCRAM( 而非 NOR Flash) 上运行 MQX RTOS 本文档基于以下环境 : i.mx 6SoloX SABRE-SDB Freescale MQX 4.1 i.mx 6SoloX GA Yocto GA ARM Development Studio 5 (DS-5 ) v IAR 7.20 目录 1 简介应用情景概览如何定义存储器布局如何修改 MQX RTOS 的起始地址如何修改 Linux 内核的起始地址如何修改 U-Boot 的起始地址如何运行演示例程低功耗对系统的影响与作用修订历史记录 Freescale Semiconductor, Inc., All rights reserved.

2 2 应用情景概览 i.mx 6SoloX 处理器是一种最新的基于 ARM Cortex -A9 和 ARM Cortex-M4 内核设计的多核架构该双核架构使得器件可以在 Cortex-A9 内核上运行一种开放的操作系统 (OS), 如 Linux, 同时在 Cortex-M4 内核上运行实时操作系统 (RTOS), 如 MQX 这种非对称多核处理器 (AMP) 系统具有以下优势 : 可以改善能效, 以减少碳排放例如, 在一个内核运行时, 另一个内核进入低功耗模式能够在单个硅芯片中平衡不同的任务需求, 如实时与非实时任务的需求, 以及简单计算与复杂计算任务的需求能够满足各种应用场景 ( 如汽车工业自动化和消费电子 ) 的需求基于此, 飞思卡尔提供了可以同时在 Cortex-A9 内核上运行 Linux OS 和在 Cortex-M4 内核上运行 MQX RTOS 的可能参考板上的存储器配置如下 : 1 GB DDR 256 KB QuadSPI 接口 NOR Flash 128 KB OCRAM 然而, 默认情况下, BSP 发行包仅支持在 QuadSPI NOR Flash 上运行 MQX RTOS 和在 DDR 上运行 Linux OS 是否需要在不同的 RAM 上运行 MQX RTOS, 主要考虑如下因素 : 由于 BOM 成本或硬件空间的限制, 客户板上没有 NOR Flash 下载到 RAM 的速度比到 Flash 的更快, 且更便于调试从 RAM 运行应用程序, 其速度可能更快, 从而提升性能本文档介绍如何根据需要修改软件, 使 Cortex-M4 可以在不同的 RAM 上运行 MQX RTOS 其中包括 : 在 DDR 上运行 MQX RTOS 在 OCRAM 上运行 MQX RTOS 要在 DDR 上运行 MQX RTOS 和 Linux 内核, 需考虑以下几点 : 如何定义存储器布局如何修改 Linux 内核的起始地址如何修改 MQX RTOS 的起始地址如何修改 U-Boot 的起始地址如何运行演示例程 2 Freescale Semiconductor, Inc.

3 要在 DDR 上运行 Linux 内核的同时在 OCRAM 上运行 MQX RTOS, 需考虑以下几点 : 如何定义存储器布局如何修改 MQX RTOS 的起始地址如何运行演示例程 Freescale Semiconductor, Inc. 3

4 3 如何定义存储器布局表 1 展示了 BSP 发行包定义的存储器布局表 1 存储器布局内核 OS 类型起始地址大小存储器类型 Cortex-A9 Linux 0x MB DDR Cortex-M4 MQX 0x KB QSPI NOR Flash 3.1 在 DDR 上运行 MQX RTOS 要在 DDR 上运行 MQX RTOS, 需要将一些 DDR 存储器空间分配给 MQX RTOS, 且 Linux OS 不能访问该指定存储器空间因此, 较好的解决方案是在 DDR 的开始处预留一个存储器扇区给 MQX RTOS 使用, 而其余的 DDR 存储器空间分配给 Linux 内核例如, 如果系统具有 1 GB 的 DDR, 可对其进行如下分区表 2 系统分区内核 OS 类型起始地址大小存储器类型 Cortex-A9 Linux 0x MB DDR Cortex-M4 MQX 0x MB DDR 在此情况下, 应注意以下几点 : Linux 内核要求其起始地址为 16 MB 的整数倍这意味着地址应以 0x 递增, 因此起始地址只能修改为 0x x 等 DDR 的容量大小可以调整最大为 2 GB, 最小为 256 MB DDR 存储器大小应根据实际的存储器容量来分配连接到 Cortex-M4 的 DDR 存储器, 地址大于 (0xa ) 的区域不应分配用于执行 Cortex-M4 代码, 因为该区域预定义为 Cortex-M4 的外部器件地址空间和指令非执行区我们可以从 (0x x9FFFFFFF) 中选择用于 Cortex-M4 的区域 3.2 在 OCRAM 上运行 MQX RTOS 理论上,MQX RTOS 可在 OCRAM 的任何地址上运行然而, 在某些情况下, 如果 OCRAM 有其他用途, 则应谨慎定义存储器布局在参考 BSP 中, 当 U-Boot 进入命令行模式时,ROM 启动代码使用的大部分 OCRAM 空间将被释放, 但是从 0x 开始的前 0x1000(4096) 字节 OCRAM 将被作为执行 Linux 低功耗模式时 DDR 频率修改之用该地址空间不能被 MQX RTOS 使用, 而应预留给 Cortex-A9 内核运行的 Linux 软件 4 Freescale Semiconductor, Inc.

5 表 3 新存储器布局内核 OS 类型起始地址大小存储器类型 Cortex-A9 Linux 0x MB DDR Cortex-M4 MQX RTOS 0x KB OCRAM 在此情况下, 应注意以下几点 : 无需重新编译 Linux 内核与 U-Boot 存储器大小不应超出 OCRAM 的 128 KB 实际容量 0x x 预留给 Linux 设备树描述的频率调整之用如果 Linux 无需支持用于 DDR 的低功耗模式, 则起始地址可以改为 0x Freescale Semiconductor, Inc. 5

6 4 如何修改 MQX RTOS 的起始地址针对使用不同开发工具修改 MQX RTOS 起始地址的方法均类似在本文档中, 我们使用 ARM Development Studio 5 (DS-5 ) 来编译 MQX RTOS 欲了解更多关于如何使用 DS-5 的信息, 请参见 Getting Started with ARM Development Studio 5 (DS-5 ) with Freescale MQX RTOS (MQXGSRTOS) 4.1 配置 ARM Development Studio 5 (DS-5 ) MQX RTOS 编译流程生成两种目标文件 : Flash 目标文件这是默认目标文件通过 Flash 目标文件, 在 Flash 存储器上运行应用程序代码在默认 BSP 配置中, 该 Flash 存储器为 QSPI 接口的 NOR Flash RAM 目标文件 RAM 目标文件编译流程, 除了增加一个额外步骤外, 其余指令与 Flash 目标文件编译流程一致 : 将链接文件从 flash.xxx 改为 ram.xxx 通过 RAM 目标文件, 可以在 DDR 和 OCRAM 等随机存取存储器上运行应用程序代码通常情况下,RAM 目标文件用于调试, 而 Flash 目标文件用于最终的应用实施要让 Cortex-M4 在 DDR SDRAM 上运行 MQX RTOS, 应选择 RAM 目标文件本文档以互斥工程为例 1. 当导入互斥工程时, 默认配置为 Int Flash Release 将其更改为 RAM Release, 如图 1 所示图 1 默认配置 6 Freescale Semiconductor, Inc.

2. 将链接文件从 flash.scf 改为 ram.scf, 如图 2 所示图 2 修改链接文件欲了解更多关于如何选择 RAM 目标文件的信息, 请参见 Freescale MQX RTOS 4.1.0 i.mx 6SoloX Release Notes (MQXIMX6SXRN) 4.

7 2. 将链接文件从 flash.scf 改为 ram.scf, 如图 2 所示图 2 修改链接文件欲了解更多关于如何选择 RAM 目标文件的信息, 请参见 Freescale MQX RTOS i.mx 6SoloX Release Notes (MQXIMX6SXRN) 4.2 修改链接文件并编译对于 RAM 发行版本, 编辑 <install dir>/lib/imx6sx_sdb_m4.ds5/release/bsp/ram.scf 对于 RAM 调试版本, 编辑 <install dir>/lib/imx6sx_sdb_m4.ds5/debug/bsp/ram.scf 代码修改如下 : 原代码 : #define CODE_BASE_ADDR_START #define CODE_BASE_ADDR_END 0x x7803FFF0 用于在 DDR 上运行 MQX RTOS 的新代码 : #define CODE_BASE_ADDR_START #define CODE_BASE_ADDR_END 0x x80FFFFFF Freescale Semiconductor, Inc. 7

8 用于在 OCRAM 上运行 MQX RTOS 的新代码 : #define CODE_BASE_ADDR_START #define CODE_BASE_ADDR_END 0x x 编译完成后,mutex.axf 将位于 : <install dir>/mqx/examples/mutex/build/ds5/mutex_imx6sx_sdb_m4/ram Release <install dir>/mqx/examples/mutex/build/ds5/mutex_imx6sx_sdb_m4/ram Debug 在 DS-5 的命令提示符下, 从上述目录下运行 : fromelf --bin --output=mutex.bin mutex.axf 8 Freescale Semiconductor, Inc.

9 5 如何修改 Linux 内核的起始地址某些 Linux 内核版本的 BSP 可能支持从配置菜单设置内核起始地址, 但使用 Linux 内核版本的 BSP 发行包不支持该功能必须通过修改内核文件来配置其起始地址本章节介绍在内核中所要进行的修改需要修改以下文件 : arch/arm/kconfig and /arch/arm/mach-imx/kconfig arch/arm/mach-imx/makefile.boot arch/arm/makefile 5.1 修改 Kconfig 文件 ZRELADDR 是放置解压缩内核镜像的物理地址如果选择了 AUTO_ZRELADDR 配置选项, 则实际地址实时地由 0xf 屏蔽程序计数器当前值来确定这里假设 zimage 镜像被存放于存储器的首个 128 MB 空间中 #ifdef CONFIG_AUTO_ZRELADDR determine final kernel image address mov and add ldr r4, pc r4, r4, #0xf r4, r4, #TEXT_OFFSET r4, =zreladdr 在默认的 Kconfig 文件中, 由于内核用于支持基于 MXC 架构的多种平台, 因而必须选择 CONFIG_ARCH_MULTIPLATFORM 和 CONFIG _ARCH_MXC 配置选项例如,imx_v7_defconfig CONFIG_ARCH_MULTIPLATFORM 和 CONFIG _ARCH_MXC 均为默认选项, 这将导致 CONFIG_AUTO_ZRELADDR 项被选择在此情况下,zImage 镜像将被置于存储器起初的 128 MB 空间中, 这就会与 MQX RTOS 使用的 DDR 存储器空间重叠例如,zImage 镜像被默认置于 0x 起始的 DDR 存储器空间中, 而我们并不希望发生这种情况因此, 必须作以下修改使 CONFIG_AUTO_ZRELADDR 选项设为默认不选 : 从 CONFIG_ARCH_MULTIPLATFORM 菜单中删除 select AUTO_ZRELADDR 该文件位于 /arch/arm/kconfig 从 CONFIG _ARCH_MXC 菜单中删除 select AUTO_ZRELADDR if!zboot_rom 该文件位于 /arch/arm/mach-imx/kconfig 以上内核配置完成后,CONFIG_AUTO_ZRELADDR 选项将被设为不选, 从而可以手动修改用于放置解压缩的内核镜像的物理地址 Freescale Semiconductor, Inc. 9

10 5.2 添加 arch/arm/mach-imx/makefile.boot 当 CONFIG_AUTO_ZRELADDR 选项未被选择时, 放置解压缩的内核镜像的物理地址由 zreladdr 确定通常,Linux 内核使用 Makefile.boot 文件来加载客户板的启动参数在使用 Linux 内核版本的 BSP 中删除了该文件, 内核将依据 SOC 类型自动设定该物理地址, 例如,i.MX 6SoloX 设为 0x ,i.MX 6Quad/DualLite 和 i.mx 6SoloLite 设为 0x 在本例中, 我们仅考虑 i.mx 6SoloX SOC, 并添加 Makefile.boot 如下 : zreladdr-y := 0x 请注意以下几点 : i.mx 6Quad/DualLite i.mx 6SoloLite 和 i.mx 6SoloX 之间的 DDR 存储器映射各不相同, 因而不同 SOC 对应的 ZRELADDR 也不一样在本例中, 只考虑 i.mx 6SoloX ZRELADDR 是一个变量, 但是应遵循存储器布局要求该地址与 Linux 内核的起始地址之间的距离应小于 128 MB, 否则将导致启动失败 Linux 内核的起始地址 : 0x x x zreladdr: 0x x x 这是因为内核会根据 ZRELADDR 自动确定 PHYS_OFFSET 0x8000 偏移量是一个常规值不要修改该值首个 16 KB 用于存放页表, 第二个 16 KB 用于存放启动参数 5.3 修改 arch/arm/makefile 在使用 Linux 内核版本的 BSP 中,Makefile.boot 没有被包含在编译系统, 因此必须将其添加进来原代码 : ifeq ($(CONFIG_ARCH_MULTIPLATFORM),y) MACHINE := endif 新代码 : ifeq ($(CONFIG_ARCH_MULTIPLATFORM),y) MACHINE := arch/arm/mach-imx endif 10 Freescale Semiconductor, Inc.

11 5.4 使用补丁来实施修改使用补丁来实施上述修改 : # cd build/tmp/work/imx6sxsabresd-poky-linux-gnueabi/linux-imx/ r0/git # git am 0001-Kernel-M4-Reserve-16M-DDR-memory-for-M4-core-use.patch #../setup-environment build/ # bitbake -v -f -c configure linux-imx # bitbake -v -f -c compile linux-imx # bitbake -v -f -c install linux-imx # bitbake -v -f -c deploy linux-imx Freescale Semiconductor, Inc. 11

12 6 如何修改 U-Boot 的起始地址默认情况下,U-Boot 在 DDR 上运行, 其占据 DDR 起始的部分存储器空间如果想要在 DDR 上运行 MQX RTOS, 必须先修改 U-Boot 的起始地址, 否则其将与 MQX RTOS 产生冲突通常, 我们将 U-Boot 的起始地址设置为与 Linux 内核起始地址一致例如, 如果 Linux 内核起始地址为 0x , 那么我们应将 U-Boot 起始地址修改为 0x 修改 U-Boot 的起始地址非常容易只需在 /include/configs/mx6sxsabresd.h 中修改物理存储器映射值, 如下所示 : 原代码 : #define PHYS_SDRAM #define PHYS_SDRAM_SIZE MMDC0_ARB_BASE_ADDR SZ_1G 新代码 : #define PHYS_SDRAM #define PHYS_SDRAM_SIZE (MMDC0_ARB_BASE_ADDR + SZ_16M) (SZ_1G - SZ_16M) 此外, 您还可以修改 U-Boot 的默认环境变量, 以便于从启动命令行中加载 MQX RTOS 镜像和 Linux 镜像这些修改为可选项以下为设置这些环境变量的示例 : 原代码 : #define CONFIG_LOADADDR #define CONFIG_SYS_AUXCORE_BOOTDATA #define CONFIG_SYS_MEMTEST_START 新代码 : #define CONFIG_LOADADDR #define CONFIG_SYS_AUXCORE_BOOTDATA #define CONFIG_SYS_MEMTEST_START 使用补丁来实施上述修改 : 0x x x x x (0x SZ_16M) # cd build/tmp/work/imx6sxsabresd-poky-linux-gnueabi/u-boot-imx/ r0/git # git am 0001-U-Boot-M4-Reserve-16M-DDR-memory-for-M4-core-use.patch #../setup-environment build/ # bitbake -v -f -c compile u-boot # bitbake -v -f -c install u-boot # bitbake -v -f -c deploy u-boot 12 Freescale Semiconductor, Inc.

13 7 如何运行演示例程 7.1 前提条件无论 MQX RTOS 从何种存储器上运行, 演示例程都应满足以下要求 : 应具有用于 i.mx 6SoloX 的 uboot.imx 该 U-Boot 用于加载 dtb zimage 和 MQX 应用程序镜像到 RAM, 并启动 MQX 应用程序和 Linux 内核应具有用于 i.mx 6SoloX 的 imx6sx-sdb-m4.dtb: 该 dtb 应能防止 Cortex-A9 和 Cortex-M4 之间的资源冲突应具有 mutex_imx6sx_sdb_m4.bin 这是一个 MQX 应用程序演示镜像应具有 zimage 这是一个 Linux 内核演示镜像关于如何启动 Linux OS 以及如何运行 MQX 应用程序的更多信息, 请参见 i.mx Linux User's Guide (IMXLUG) 注以下步骤基于 U-Boot 该 U-Boot 镜像演示为最少修改版本, 未在源代码中修改某些可选的环境变量因此, 应在运行时修改这些环境变量如果您已在源代码中修改了相关的环境变量并重新编译, 则可以跳过这些步骤 7.2 在 DDR 上运行 MQX RTOS 假设已准备好用于从 SD4 卡槽启动的 SD/MMC 镜像, 并已将 mutex.bin zimage 和 imx6sx-sdb-m4.dtb 复制到 SD 卡上的 FAT 文件系统中执行以下步骤 : 1. 将 MQX 应用程序二进制文件加载到 DDR fatload mmc 2:1 0x mutex_imx6sx_sdb_m4.bin 2. 清除 U-Boot 数据缓存 dcache flush 3. 在 DDR 上运行 MQX 应用程序 bootaux 0x 运行 Linux 内核 run bootcmd Freescale Semiconductor, Inc. 13

14 7.3 在 OCRAM 上运行 MQX RTOS 假设已准备好用于从 SD4 卡槽启动的 SD/MMC 镜像, 并已将 mutex.bin zimage 和 imx6sx-sdb-m4.dtb 复制到 SD 卡上的 FAT 文件系统中执行以下步骤 : 1. 将 MQX 应用程序二进制文件加载到 OCRAM fatload mmc 2:1 0x mutex_imx6sx_sdb_m4.bin 2. 清除 U-Boot 数据缓存 dcache flush 3. 在 OCRAM 上运行 MQX 应用程序 bootaux 0x 启动 Linux 内核并绑定文件系统 run bootcmd 14 Freescale Semiconductor, Inc.

15 8 低功耗在某些情况下, 您可能需要降低整个系统的功耗为了满足这些低功耗应用的需求, 飞思卡尔实现了一些底层电源管理驱动程序对于 i.mx 6SoloX, 有两种情况 : 在 Cortex-M4 处于低功耗空闲模式时, 挂起 Linux OS 在此情况下,MQX RTOS 可能未运行, 而 Cortex-M4 处于低功耗空闲模式 Linux OS 的挂起模式映射如下 : o Standby: 映射到 STOP 模式, 可以大大节省功耗, 因为除了 ARM 内核和处于自刷新模式以保留内容的存储器外, 系统中的所有其他模块均进入低功耗状态 o Mem (suspend to RAM): 映射到 DORMANT 模式, 可以大大节省功耗, 因为除了处于自刷新模式以保留内容的存储器外, 系统中的所有其他模块均进入低功耗状态在 Cortex-M4 运行时, 挂起 Linux OS 在此情况下,MQX RTOS 正在运行,Cortex-M4 不处于低功耗空闲模式此时无论是 Standby 还是 Mem, 它们均映射到 WAIT 模式, 以确保 Cortex-M4 时钟处于活动状态欲了解关于 Linux OS 低功耗模式的更多信息, 请参见 i.mx 6 Linux Reference Manual (IMX6LXRM) 欲了解关于 i.mx 6SoloX 低功耗模式的更多信息, 请参见 i.mx 6SoloX Applications Processor Reference Manual (IMX6SXRM) Freescale Semiconductor, Inc. 15

16 9 对系统的影响与作用支持该功能使得 Cortex-M4 可以在 RAM 存储器 (OCRAM 或 DDR) 上运行 MQX RTOS, 而不仅仅局限于 QuadSPI NOR Flash 其对系统的影响与作用如下 : 当 MQX 应用程序镜像加载到 DDR 或 OCRAM 时, 虽然其访问速度比加载到 NOR Flash 快, 但是由于这些 RAM 不是非易失性存储器, 在每次启动时都需要加载镜像这增加了系统的启动时间当 MQX RTOS 在 DDR 或 OCRAM 上运行时, 可以提升 MQX 的性能, 因为访问 RAM 的速度比访问 Flash 快当 MQX RTOS 在 DDR 上运行时,Cortex-M4 与 Cortex-A9 共享 DDR 带宽这就存在降低 Linux 性能的风险, 因而不适用于 DDR 带宽占用型应用当 MQX RTOS 在 DDR 上运行时, 由于 Linux 内核的起始地址必须为 16 MB 的整数倍, 因而给 MQX RTOS 保留的最小 DDR 空间为 16 MB 这样 MQX 镜像未占用的保留空间变为不可用, 从而造成了 DDR 存储器空间的浪费 10 修订历史记录表 4 修订历史记录修订版本号日期重大变更 1 05/2015 初始版本 16 Freescale Semiconductor, Inc.

17 How to Reach Us: Home Page: freescale.com Web Support: freescale.com/support 本文档中的信息仅供系统和软件实施方使用 Freescale 产品本文并未明示或者暗示授予利用本文档信息进行设计或者加工集成电路的版权许可 Freescale 保留对此处任何产品进行更改的权利, 恕不另行通知 Freescale 对其产品在任何特定用途方面的适用性不做任何担保表示或保证, 也不承担因为应用程序或者使用产品或电路所产生的任何责任, 明确拒绝承担包括但不局限于后果性的或附带性的损害在内的所有责任 Freescale 的数据表和 / 或规格中所提供的 " 典型 " 参数在不同应用中可能并且确实不同, 实际性能会随时间而有所变化所有运行参数, 包括 " 经典值 " 在内, 必须经由客户的技术专家对每个客户的应用程序进行验证 Freescale 未转让与其专利权及其他权利相关的许可 Freescale 销售产品时遵循以下网址中包含的标准销售条款和条件 :freescale.com/salestermsandconditions Freescale, the Freescale logo are trademarks of Freescale Semiconductor, Inc., Reg. U.S. Pat. & Tm. Off. All other product or service names are the property of their respective owners Freescale Semiconductor, Inc 飞思卡尔半导体有限公司 Document Number: AN5127 Rev. 1, 05/2015

Freescale Semiconductor, Inc. Document Number: AN4872 应用笔记 Rev. 0, 03/2014 使用 KE06 上的四线式 I 2 C 接口作者 :Ben Wang 1 简介本应用笔记将描述使用 Kinetis E 系列 KE06 上的四线式

Freescale Semiconductor, Inc. Document Number: AN4872 应用笔记 Rev. 0, 03/2014 使用 KE06 上的四线式 I 2 C 接口作者 :Ben Wang 1 简介本应用笔记将描述使用 Kinetis E 系列 KE06 上的四线式 I 2 C 接口的流程本应用笔记中提供的示例代码在 KE06 上经过测试, 测试方法为在两个评估板之间进行