基于ARM的嵌入式Linux平臺(tái)的研究與實(shí)現(xiàn)_圖文.

1、電占村技女謄碩士學(xué)位論文MASTERDISSERTATION論文題目牡于A剮切的嵌人式Linl ? x平臺(tái)的昕究與實(shí)現(xiàn)學(xué)科專業(yè)指導(dǎo)教師計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)羅管教授作者姓名班學(xué)號(hào)夔絲200520604033摘要摘要作為世界上最優(yōu)秀的操作系統(tǒng)之一，Linux不僅在服務(wù)器領(lǐng)域有著不可撼 動(dòng)的地位，而且正在嵌入式領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。有專家預(yù)測(cè)，Lill uX將是未來(lái)最主要的嵌入式操作系統(tǒng)之一，將廣泛應(yīng)用在各種消費(fèi)電子和通信設(shè) 備中。因此，產(chǎn)生并逐漸形成了嵌入式Linux這項(xiàng)技術(shù)。然而，面對(duì)嵌入式系 統(tǒng)多樣化的硬件平臺(tái)以及多樣化的應(yīng)用，如何更快更好地建立基于Linux的軟 件平臺(tái)成為一個(gè)必須解決的問(wèn)題

2、。本文正是針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，以nu）【相關(guān)的基礎(chǔ)軟件為主要研究對(duì)象，在深 入分析引導(dǎo)加載程序、nux與處理器相關(guān)的代碼、文件系統(tǒng)以及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基 礎(chǔ)上，對(duì)基于ARM的nux軟件平臺(tái)進(jìn)行了創(chuàng)新性和探索性的研究。主要內(nèi)容 為：在理解刪體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析uboot源碼，詳細(xì)研究ARM處理 器在上電后的啟動(dòng)過(guò)程和加載引導(dǎo)nux的過(guò)程；分析并總結(jié)Linux與處理器相關(guān)的接口，法；研究nuX文件系統(tǒng)的內(nèi)容、制作和使用；分析Linux的設(shè)備驅(qū)動(dòng)體系結(jié)構(gòu)以及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的調(diào)用方式；在學(xué)習(xí)和研究的基礎(chǔ)之上，針對(duì)S TMP3 6XX這款處理器，以中斷控制器、定時(shí)器以及串口為主，提出了移植nux到新型處理器的思路和

3、方設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)加載程序，完成LinuX的移植、配置、編譯，解決Linux啟動(dòng)過(guò)程遇到的問(wèn)題，然后通過(guò)制作根文件系統(tǒng) 和實(shí)現(xiàn)NandFlash、LCD的驅(qū)動(dòng)，完整地搭建起以nux為核心的軟件平臺(tái)，并進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證。在實(shí)際應(yīng)用中， 嵌入式系統(tǒng)會(huì)使用很多不同類型的處理器，因此迫切希望能夠 找到一個(gè)準(zhǔn)則解決移植帶來(lái)的問(wèn)題。本文最重要的成果就是為L(zhǎng)inux在新型處 理器上的移植提出了一個(gè)準(zhǔn)則，根據(jù)該準(zhǔn)則可以更加快速、更加準(zhǔn)確地將Linu X應(yīng)用到不同的處理器上，因此具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，本文將項(xiàng)目實(shí)踐貫穿 于理論研究之中，涉及到Linux平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)的分析、相關(guān)工具的使用以及開(kāi) 發(fā)經(jīng)驗(yàn)的分享，對(duì)學(xué)

4、習(xí)嵌入式Linux和設(shè)計(jì)嵌入式Linux系統(tǒng)具有較高的 參考和指導(dǎo)價(jià)值。此外，成功移植的STMP36xx已經(jīng)初具規(guī)模，可以通過(guò)二次開(kāi)發(fā)以形成完善的嵌入式產(chǎn)品。關(guān)鍵詞：嵌入式Linux，移植準(zhǔn)則，根文件 系統(tǒng)，引導(dǎo)加載程序，驅(qū)動(dòng)ABSTRACTABSTRACTAsoneofthemostexcellemop耐i ngsystem s，LinuXanotOlllyhaSaunbudgeablepositioninseWers，butalsoplaySispredictedthatLimlxwillbeusedwidelyinconsumemorealldmoreimportantroleinemb

5、eddedfield.noneoftlle maine蜘【beddedoperatingsystelnsandwil lbeandelec的mcsco舢Ilullicationd嘶ce s.Soi sametechnologyofernbeddedLinuxhaSgeneratedalldsetupadeVelopped.HoweV%itproblemmathowtoillfaceofdiVersitySOfhWarcplatfomlbaSedon nuXquicH y鋤dconVellielltl yofh砌warealldapplications.aInordertosolvethispr

6、oblem,mispaperhausde印andcreatiVeresearchinLinuxmebasisofunderStandingso脅areplatfO肌basedtheonARM.nemailltasksinclude:onarchitec姍feofAI泓，explored也estartsourceprocessofprocesSorandhowtoloadandabootLinuxviaanalyzingthewllicharecodeofuboot;summarizedsetofinterfacesarelev趾twithprocessorandpmfonWardmestand

7、ardofportingLinuxtOnewprocessor;exploredtheconteIlt,creationandusageoffilesystem;allalyzedmearcllitectureandmeru nf瓠h(huán)ionofdeviced ver;accordingatotlleaboVeresearch,desi印edandimplemented compileaIldb00noaderofforSTMP36）【）【，kellrel,madeupfimshedamefileporting,systern,configuration,debugLinuxrootimplem

8、enteddriverofnandflashandLCD,atlaStcompletelyalldsettheso f兩areplatfon nV嘶6editwithapplicatiolls.aresoThepmcessorsusedineHlbeddedsy stemsaVersatilematdeVelopperseXpectsuccssolutionforse戧ingupmesoftwareplatfonn.ThemostiIllportantoftllisareseaurchisp眥ingfonWardastalldardaccordingtowllich nuxcanbe印plie

9、dtoCoVersanewprocessor.SothispaperhaS a緲atsi嘶f ication.山m也is1 e鋤andcanpaperlotofkeytechnologyincllmed ednu）developpment,usageofrelatedThesearetools鋤dexp甜cllCc.vcryvalua _ bletosodesignan耐beddedLinuxsystan.Eesides,toSTMP36)(isbeasuccessmlmatitbeimproVedthro u曲developping印plicationsperl ectproduc t.Ke

10、ywords:鋤beddedLi肌x,poningp血ciple,root丘lesystem,bootload%driVerU獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究 成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已 經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。 與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文 中作了明確的說(shuō)明并表示謝意。年月日關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明本學(xué)位論文作者完全了解電子科技大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán) 保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁

11、盤，允許論文被查閱和借閱。 本人授權(quán)電子科技大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索， 可以采用影印、 縮印或掃描等復(fù)制手段保存、 匯編學(xué)位論文。(保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定)簽名：壹雛導(dǎo)師簽名：日期：.蘧皆年月日第一章引言第一章引言弟一早I百1.1課題背景當(dāng)今世界已經(jīng)進(jìn)入了后PC時(shí)代。 后PC時(shí)代的絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)是以非計(jì)算機(jī) 的形式出現(xiàn)的，例如作為隨身物品出現(xiàn)的電話、遙控開(kāi)關(guān)、電子戒指、電子手杖 等，再例如作為家庭網(wǎng)絡(luò)組成部分的電視機(jī)、電冰箱、空調(diào)等。巨大的市場(chǎng)需求造 就了嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展。 嵌入式系統(tǒng)主要包括硬件、 嵌入式操作系統(tǒng)、各種中 間件以及應(yīng)用軟件。其中

12、，嵌入式操作系統(tǒng)是核心。隨著嵌入式系統(tǒng)功能的不斷增 強(qiáng)和應(yīng)用的推廣，對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。過(guò)去，nux以性能穩(wěn)定和功能強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)穩(wěn)居服務(wù)器以及桌面操作系統(tǒng)領(lǐng) 域的龍頭地位。如今，LinuX也深入到了嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域。尤其在中國(guó)， 這里有世界上最大的家用電子產(chǎn)品需求，中國(guó)的工業(yè)正在進(jìn)行著數(shù)字化、智能化的 改造，用戶對(duì)嵌入式Linux系統(tǒng)的需求正在迅速擴(kuò)大， 其發(fā)展速度將是驚人 的。根據(jù)美國(guó)投資發(fā)展公司的統(tǒng)計(jì)，全球嵌入式nux產(chǎn)品和服務(wù)的銷售額將從2000年282 0萬(wàn)美元增長(zhǎng)到2 0 0 5年的3.06億美元，這在一定程度上 反映了嵌入式LinuX系統(tǒng)的快速增長(zhǎng)速度。在中國(guó)市場(chǎng)上，

13、嵌入式Linux系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，其中最主要的應(yīng)用將包括四大領(lǐng)域：信息電器，如機(jī) 頂盒、網(wǎng)絡(luò)家電等；移動(dòng)計(jì)算設(shè)備，如手機(jī)、PDA、掌上電腦；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如路 由器、 交換機(jī)、 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、 網(wǎng)絡(luò)接入盒等； 工控仿真L1|o1.2嵌入式Linux的特點(diǎn)為什么Li肌x會(huì)在嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域取得飛速發(fā)展呢？因?yàn)榍度胧絃in ux相比其它商業(yè)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有以下特點(diǎn)。Linl1）【支持多種CPU體系和常見(jiàn)處理器。嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)最大的 特點(diǎn)就是硬件的多樣性，nux支持幾乎所有的處理器體系，包括x86、AI W、PPC和MIPs。對(duì)于基于ARM和PPC的處理器也有很好的支持，例如支持基于ARM

14、的EP7312、AT91、s3c2410等。對(duì)于沒(méi)有MMU的4 4BO和451 0也可以使用Linux的另一版本uClinuxLin uX支持各種主流硬件設(shè)備和最新硬件技術(shù)，這意味著嵌入式LinuX將電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文具有更廣泛的應(yīng)用前景。Linu）【開(kāi)放源碼Linux從一開(kāi)始就因?yàn)殚_(kāi)源的特性而得到全世界 程序員的喜愛(ài)，它之所以有今天的成就，也依賴于狂熱的Linux愛(ài)好者的卓越 貢獻(xiàn)。在內(nèi)核代碼完全開(kāi)放的前提下，不同領(lǐng)域和不同層次的用戶可以根據(jù)自己的 應(yīng)用需要方便地對(duì)內(nèi)核進(jìn)行改造， 成本低卻能開(kāi)發(fā)出滿足自己需要的嵌入式系統(tǒng)。 相對(duì)于其它昂貴的商業(yè)嵌入式操作系統(tǒng)，這一點(diǎn)具有強(qiáng)烈的吸引力。良

15、好的設(shè)備驅(qū)動(dòng)體系并支持各種外設(shè)LiImX將所有的外部設(shè)備看作文件 來(lái)處理，提供文件操作的接口，方便使用且易于擴(kuò)展。I眥源碼樹(shù)中包括了幾乎所有的設(shè)備驅(qū)動(dòng)， 即使對(duì)于新的設(shè)備， 僅僅需要按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)接口函數(shù)并注冊(cè)設(shè)備 就可以使用。強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持功能Linux誕生于因特網(wǎng)時(shí)代并具有Umx的特性，保 證了它支持所有標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)協(xié)議，支持IPv6，并且可以利用Linux的網(wǎng)絡(luò) 協(xié)議棧將其開(kāi)發(fā)成為嵌入式的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。對(duì)于需要網(wǎng)絡(luò)支持的應(yīng)用 來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)非常重要。支持多種文件系統(tǒng)。Linux除了支持ext2fatl6fat32等常見(jiàn)文件系統(tǒng)，還支持ROMFS、JFFS、胙FS2等嵌入式系統(tǒng)專用的文

16、 件系統(tǒng)，為開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用打下了很好的基礎(chǔ)。支持多種GUI。nux本身包含一些功能強(qiáng)大的GuI，但為了滿足嵌入式GUI的需要，又加入了一些專門針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的GUI,如Qt和Mill iGUI,前者適合美觀的手機(jī)界面，后者特別適合需要用戶界面的工業(yè)控制系 統(tǒng)，它們的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、直觀、可靠、占用資源小且反應(yīng)快速。Linux具備一整套工具鏈的支持。基于nux容易自行建立嵌入式系統(tǒng)的交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境，可以跨越嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中仿真工具的障礙。傳統(tǒng)的嵌入式開(kāi)發(fā) 的程序調(diào)試和調(diào)試工具是用在線仿真器（IcE）實(shí)現(xiàn)的，一般價(jià)格比較昂貴。使 用嵌入式LinuX,一旦軟硬件能夠支持正常的串口功能，即使不用仿真器，

17、也 可以很好地進(jìn)行開(kāi)發(fā)和調(diào)試工作， 從而節(jié)省一筆不小的開(kāi)發(fā)費(fèi)用。 嵌入式Linu x為開(kāi)發(fā)者提供了一套完整的工具鏈（toolchain）。它利用GNU的g cc做編譯器，用gdb做調(diào)試工具，能夠很方便地實(shí)現(xiàn)從操作系統(tǒng)到應(yīng)用軟件各 個(gè)級(jí)別的調(diào)試。正是因?yàn)長(zhǎng)illuX支持廣泛的硬件、具有穩(wěn)定高效的操作系統(tǒng)內(nèi)核、融合 了各種強(qiáng)大的中間件及完善的設(shè)備驅(qū)動(dòng)和開(kāi)發(fā)工具，所以嵌入式LinuX得以飛 速發(fā)展。毫無(wú)疑問(wèn)，LinuX將成為未來(lái)嵌入式領(lǐng)域最重要的操作系統(tǒng)之一。2第一章引言1.3嵌入式Linux發(fā)展方向當(dāng)前嵌入式LiIn 1】 【系統(tǒng)可謂各具特色。 嵌入式Linux系統(tǒng)開(kāi)發(fā)已 經(jīng)開(kāi)辟了很大的市場(chǎng)，出現(xiàn)

18、了一批新型的公司參加這方面的競(jìng)爭(zhēng)， 他們利用自己掌 握的嵌入式Lir腿的先進(jìn)技術(shù)，吸引投資， 開(kāi)發(fā)出成型的產(chǎn)品， 如Line。 、TimeSysFsmLabs等；也有一些傳統(tǒng)的Linux公司開(kāi)辟了這方 面的研究，如RedHat、VALinux等；更值得重視的是，一些傳統(tǒng)的大 公司如IEM、SGI、Motoro1a、II1td等也進(jìn)行了nux的嵌入式方面的研究和開(kāi)發(fā)； 另外還有一些開(kāi)發(fā)專有嵌入式操作系統(tǒng)的公司，如b，m【公司從專有操作系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)型到嵌入式nux系統(tǒng)， 并且更名為咖u）w.orks。這些公司的產(chǎn)品主要分為三類。第一類是專門為L(zhǎng)inu）【的 嵌入式方向而做的，如何讓nux更小、更容易

19、嵌入到功能、性能要求更高的硬 件中去是他們的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方向，如Montdvista的HardHatLin ux等；第二類是專門為L(zhǎng)inu）【的實(shí)時(shí)特性設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，將Linux開(kāi)發(fā) 成實(shí)時(shí)系統(tǒng)尤其是硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)， 應(yīng)用于一些關(guān)鍵的控制場(chǎng)合 （不僅僅是信息電器），如Fsllllabs公司開(kāi)發(fā)出來(lái)的RT-Linux產(chǎn)品已經(jīng)用在工業(yè) 控制的很多方面，葡萄牙的Coimbra大學(xué)已經(jīng)利用R-T-nuX實(shí)現(xiàn)了化工生產(chǎn)控制廠里用來(lái)控制反應(yīng)和程序控制的系統(tǒng)； 第三類的產(chǎn)品就是將實(shí)時(shí)性和 嵌入式方案結(jié)合起來(lái)的方案，很多公司都這么做，并且提供集成化的開(kāi)發(fā)方案，如LineOTimeSvs在盤盤瑩奇專宇。綜觀當(dāng)前嵌入式Li

20、nux系統(tǒng)的產(chǎn)品和技術(shù)情況， 要滿足用戶市場(chǎng)的需求還 有很長(zhǎng)的一段路要走?；贚inuX的嵌入式技術(shù)走向成熟，還需要圍繞下面三 個(gè)方面做進(jìn)一步發(fā)展：l. Linux的實(shí)時(shí)性擴(kuò)充實(shí)時(shí)性是嵌入式操作系統(tǒng)的基本要求。由于nu）【還不是一個(gè)真正的實(shí)時(shí) 操作系統(tǒng)，內(nèi)核不支持事件優(yōu)先級(jí)和搶占實(shí)時(shí)特性，所以在開(kāi)發(fā)嵌入式Linu）【的過(guò)程中，首要問(wèn)題是擴(kuò)展Linux的實(shí)時(shí)性能。對(duì)Lillux實(shí)時(shí)性的擴(kuò) 展可以從兩方面進(jìn)行：向外擴(kuò)展和向上擴(kuò)展。向外擴(kuò)展即從范圍上擴(kuò)展，讓實(shí)時(shí)系 統(tǒng)支持的范圍更廣，支持的設(shè)備更多。目前的開(kāi)發(fā)所面向的設(shè)備僅限于較簡(jiǎn)單的有 實(shí)時(shí)要求的串/并口數(shù)據(jù)采集、 浮點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算等，而像實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)這樣

21、實(shí)時(shí)系統(tǒng)的高 級(jí)應(yīng)用還需進(jìn)一步發(fā)展。向上擴(kuò)展是擴(kuò)充Linux內(nèi)核，從功能上擴(kuò)充Linu x的實(shí)時(shí)處理和控制系統(tǒng)。如嵌入式系統(tǒng)RT-nux，它的基本原理是將Linux本身的任務(wù)以及Li肌x內(nèi)核本身作為一個(gè)優(yōu)先級(jí)最低的任務(wù)，而實(shí)時(shí)任務(wù) 作為優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)，即在實(shí)時(shí)任務(wù)存在的情況下運(yùn)行實(shí)時(shí)任務(wù)，否則就運(yùn)行L inuX本身的任務(wù)。實(shí)時(shí)任務(wù)不同于Lirlux3電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文普通進(jìn)程。它是以Linux的可裝載的內(nèi)核模塊（LoadableKem elModule,L幻訂）的形式存在的，需要運(yùn)行實(shí)時(shí)任務(wù)的時(shí)候，將這個(gè)實(shí) 時(shí)任務(wù)的內(nèi)核模塊插入到內(nèi)核中去，實(shí)時(shí)任務(wù)和nuX一般進(jìn)程之間的通信通過(guò)共享內(nèi)存

22、或者FIFo通道來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.改變Linux內(nèi)核的體系結(jié)構(gòu)LinuX的內(nèi)核體系采用的是Mono linlic。在這種體系結(jié)構(gòu)中， 內(nèi)核的所有部分都集中在一起，而且所有的部件在一起編譯連接。這樣雖然能使系 統(tǒng)的各部分直接溝通，有效地縮短任務(wù)之間的切換時(shí)間，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和C PU的利用率，且實(shí)時(shí)性好；但在系統(tǒng)比較大時(shí)體積也比較大，與嵌入式系統(tǒng)容量 小、資源有限的特點(diǎn)不符。而另外一種內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)M icrokenlel，在 內(nèi)核中只包括了一些基本的內(nèi)核功能，如創(chuàng)建和刪除任務(wù)、任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理和 中斷處理等部分，而文件系統(tǒng)、 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧等部分都是在用戶內(nèi)存空間運(yùn)行。 這種結(jié)構(gòu)雖然執(zhí)行效率不如Mo

23、n oliUlic內(nèi)核，但大大減小了內(nèi)核的體積，同 時(shí)也方便了整個(gè)系統(tǒng)的升級(jí)、維護(hù)和移植，更能滿足嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)需要。為 此，要使嵌入式Linux的應(yīng)用更加廣泛，若將Linux目前的Monoli thjc內(nèi)核結(jié)構(gòu)中的部分結(jié)構(gòu)改造成M icrokemel體系結(jié)構(gòu)，可使得到 的Linux既具有很好的實(shí)時(shí)性，又能滿足嵌入式系統(tǒng)體積小的要求。另外，Linux是一個(gè)需要占用存儲(chǔ)器的操作系統(tǒng)。雖然這可以通過(guò)減少一 些不必要的功能來(lái)彌補(bǔ)，但可能會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間，而且容易帶來(lái)很大的麻煩。許多Linu）【的應(yīng)用程序都要用到虛擬內(nèi)存，這在許多嵌入式系統(tǒng)中是沒(méi)有價(jià)值 的。3.完善的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境提供完整的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境

24、是每一個(gè)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員所期待的。一個(gè)完整的 嵌入式系統(tǒng)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境一般需要提供的工具是：編譯/連接器、內(nèi)核調(diào)試/跟 蹤器和集成圖形界面的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，其中的集成圖形界面開(kāi)發(fā)平臺(tái)包括編輯器、調(diào)試 器、軟件仿真器和監(jiān)視器等。在Linux系統(tǒng)中，具有功能強(qiáng)大的gcc編譯器 工具鏈，使用了基于GNU的調(diào)試器gdb的遠(yuǎn)程調(diào)試功能，一般由一臺(tái)客戶機(jī)運(yùn) 行調(diào)試程序調(diào)試宿主機(jī)運(yùn)行的操作系統(tǒng)內(nèi)核；在使用遠(yuǎn)程開(kāi)發(fā)時(shí)還可以使用交叉平 臺(tái)的方式，如在Windows平臺(tái)下的調(diào)試跟蹤器對(duì)LinuX的宿主系統(tǒng)做調(diào)試。但是，nux在基于圖形界面的特定系統(tǒng)定制平臺(tái)的研究上，與WindoWS操作系統(tǒng)相比還存在差距。因此，要使嵌

25、入式姍X在嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域中的優(yōu)勢(shì)更加明顯，整體集成開(kāi)發(fā)環(huán)境還有待提高和完善。國(guó)外的開(kāi)發(fā)如火如荼，國(guó)內(nèi)的開(kāi)發(fā)也不甘示弱。8 6 3重點(diǎn)支持項(xiàng)目中就有使 用Linux作為嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方向。在嵌入式系統(tǒng)中具有強(qiáng)大的生命力和利 用價(jià)4第一章引言值，很多公司和大學(xué)都不同程度的表現(xiàn)出對(duì)這個(gè)方面的興趣。相信嵌入式Li nuX的發(fā)展將帶領(lǐng)我們進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)的新時(shí)代11.4本文主要工作及章節(jié)安排1.4. 1主要工作本課題來(lái)源于北京科銀京成技術(shù)有限公司的針對(duì)消費(fèi)電子產(chǎn)品的一個(gè)解決方 案，該方案需要在STMP3 6XX處理器上運(yùn)行Linu】（操作系統(tǒng)，并為應(yīng) 用開(kāi)發(fā)提供支持。本人承擔(dān)的主要任務(wù)是研究基于AR

26、M的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)，包括bootloaderLinuX與處理器相關(guān)的代碼、 文件系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程 序， 力求為嵌入式Lin畎系統(tǒng)提供一套建立軟件平臺(tái)的方法，研究的內(nèi)容如圖1.1所示。對(duì)bootloader，分析它的工作原理以及如何加載引導(dǎo)操作 系統(tǒng)，特別是為了引導(dǎo)Linux，如何創(chuàng)建啟動(dòng)參數(shù)，如何建立Linux的運(yùn) 行環(huán)境；對(duì)內(nèi)核，研究并歸納出Linux與處理器相關(guān)的一套接口，為接口定義 嚴(yán)格的輸入輸出條件和功能，這套接口稱之為 移植層；對(duì)文件系統(tǒng)，研究文件 系統(tǒng)的內(nèi)容、制作和使用；對(duì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)，分析設(shè)備驅(qū)動(dòng)的體系結(jié)構(gòu)和調(diào)用方式，研 究如何添加一個(gè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。最后，在以上研究的基礎(chǔ)之上，通過(guò)將

27、Linl IX移植到STMP36xx這種新型處理器進(jìn)行了實(shí)踐和驗(yàn)證，具體來(lái)說(shuō)主要包 括以下4個(gè)方面：1）分析課題采用的硬件平臺(tái)，在理解uboot實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)之上，根據(jù)實(shí)際條件設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種可以引導(dǎo)LinWl的bootloader一kernel pre，解決了LinuX下載和更新的問(wèn)題；2）根據(jù) 移植層”接口定義，實(shí)現(xiàn)特定于STMP36xx的接口函數(shù)，搭建 交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境，完成Linux的配置和編譯，解決Linu） 【啟動(dòng)過(guò)程出現(xiàn)的 問(wèn)題；3）編寫(xiě)sheU腳本生成根文件系統(tǒng)的目錄結(jié)構(gòu)和/deV下的設(shè)備文 件，編譯bllsybox生成廠bin下的可執(zhí)行程序，編寫(xiě)/etc下的配置文 件，編譯uClibe

28、生成/lib下需要的庫(kù)，制作基于r鋤disk的文件系 統(tǒng)， 并通過(guò)腳本實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)的自動(dòng)更新；4）實(shí)現(xiàn)NalldFlaSh驅(qū)動(dòng)， 在其中一個(gè)分區(qū)建立j凰2文件系統(tǒng)， 通過(guò)讀寫(xiě)文件驗(yàn)證了驅(qū)動(dòng)的正確性；實(shí)現(xiàn)LCD驅(qū)動(dòng)，編譯基于MiniGUI的應(yīng)用程 序，通過(guò)應(yīng)用程序在LCD上顯示圖形驗(yàn)證了驅(qū)動(dòng)的正確性；5電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文l硬件圖卜l本文研究?jī)?nèi)容本文的主要?jiǎng)?chuàng)新在于總結(jié)了移植nuX到新型AIW處理器的一套接口，并 通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證了正確性。雖然嵌入式系統(tǒng)采用各種各樣的處理器，但借助這個(gè)研究 成果，可以極大地方便LinuX在不同類型的刪處理器中的移植。分析以及相關(guān)技術(shù)和工具的使用，都具有較大的指導(dǎo)和

29、參考價(jià)值。本文研究還 涉及到了nuX的引導(dǎo)加載程序、文件系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)程序，對(duì)它們的綜上所述，本文為嵌入式hu）【系統(tǒng)軟件平臺(tái)的開(kāi)發(fā)提供了一種思路。毫 無(wú)疑問(wèn)，該研究和實(shí)踐具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)個(gè)人而言，將極大地提高自身的理 論和技術(shù)水平；對(duì)行業(yè)而言，必將使得應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)更加便利，推動(dòng)Linux在嵌入式領(lǐng)域更加快速地發(fā)展。1.4.2章節(jié)安排第一章介紹嵌入式Linux的的特點(diǎn)和發(fā)展方向。第二章分析uboot的運(yùn)行過(guò)程， 著重分析了如何創(chuàng)建啟動(dòng)參數(shù)和設(shè)置nux的運(yùn)行環(huán)境，然后詳細(xì)描述了k鋤elpre的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，對(duì)kernel程序下載和更新的方式以及內(nèi)存空間的定位也做了說(shuō)明pre的項(xiàng)目設(shè)置、第三章詳

30、細(xì)描述Linux與處理器相關(guān)的接口和移植到STMP36XX的 具體過(guò)程，同時(shí)說(shuō)明了內(nèi)核移植代碼如何驗(yàn)證、調(diào)試問(wèn)題如何解決以及Linux的配置和編譯。第四章分析根文件系統(tǒng)的內(nèi)容，闡述根文件系統(tǒng)的制作過(guò)程，并對(duì)自動(dòng)生成6第一章引言和更新根文件系統(tǒng)的shel l腳本進(jìn)行了說(shuō)明，同時(shí)也涉及到應(yīng)用程序的交 叉工具鏈、部署等問(wèn)題。第五章分析設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的體系結(jié)構(gòu)和調(diào)用方式，詳細(xì)描述NandFlaS h和LCD驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的添加、配置、編譯和測(cè)試進(jìn)行了說(shuō)明。第六章結(jié)束語(yǔ)，對(duì)本文工作的成功與不足做了總結(jié)，對(duì)未來(lái)進(jìn)一步研究做了展 望。1.5本章小結(jié)本章簡(jiǎn)要地介紹了嵌入式LinuX的特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外研究方向

31、。正是在這樣的 背景下，本課題研究并實(shí)現(xiàn)了嵌入式LinuX軟件平臺(tái)，具有較高的研究?jī)r(jià)值和 應(yīng)用價(jià)值。下面將分四章分別進(jìn)行描述。7電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章bootloader的實(shí)現(xiàn)本章主要介紹課題采用的硬件平臺(tái)以及bootloader的實(shí)現(xiàn)。通常由bootloader加載并啟動(dòng)Linux。在對(duì)當(dāng)前流行的bootload er程序進(jìn)行權(quán)衡和比較后，選擇了uboot作為參考對(duì)象，并結(jié)合硬件自身特 點(diǎn)，最終形成了針對(duì)該目標(biāo)板的引導(dǎo)加載程序kemeljre。2.1硬件平臺(tái)概述處理器為STMP36xx，它是美國(guó)Se腫aTel公司生產(chǎn)的第四代單芯 片數(shù)字媒體系統(tǒng)，主要應(yīng)用在數(shù)字音頻播放器、PDA、錄音

32、機(jī)、手機(jī)、便攜式視 頻播放器等CPU核采用ARM 92 6 EJ S，該核實(shí)現(xiàn)了ARMv5TE指 令集，工作在小端模式，異常向量表位于OxFFFFooOO【2】（3 1。除 了8K指令cache和8K數(shù)據(jù)cache外， 該核集成了64K的RoM和25 6K的SRAM。另外通過(guò)集成的外部存儲(chǔ)接口（EMI）可以訪問(wèn)外接的No RflaSh和SDRAM， 通過(guò)通用媒體接口 （GPM I）還可以訪問(wèn)NAND flaSh。在該處理器中，存儲(chǔ)空間映射如表2.1所示。表21存儲(chǔ)空間映射地址范圍0 x60000000一0 x61FFFFFF0 x80000000 0 x800FFFFFOxFFFFOOOO O

33、xFFFF FFFF存儲(chǔ)類型片上SRAMSDRAMIO空間片上ROM0 0 0 0片上ROM包含由Sc腫aTel固化的初始化代碼，上電后首先從OxFFFF取指令開(kāi)始執(zhí)行，經(jīng)過(guò)一系列基本的初始化后，然后根據(jù)不同的引導(dǎo)模式完成 不同的功能：如果設(shè)置為正常引導(dǎo)模式，則從NANDflash上加載應(yīng)用程序 （如果不能從NAND上加載，則還可以從其它介質(zhì)加載，這里不再深究）；如果 設(shè)置為恢復(fù)模式，并且連接主機(jī)與板上的USE接口，這時(shí)就可以從主機(jī)固化新的 應(yīng)用程序到NANDnaSh中，通常更新應(yīng)用程序就要使用這種方式。0 x00000000.OxO003FFFF明白了目標(biāo)平臺(tái)的基本情況和引導(dǎo)方式后，為了把n

34、u）【引導(dǎo)起來(lái)，應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)bootloader呢？bootloader如何存放？完成哪些硬 件初始化？帶著這些問(wèn)題，第二章bootloader的實(shí)現(xiàn)分析了uboot的實(shí)現(xiàn)方法。2.2uboot分析bootload叫引導(dǎo)裝載程序）是嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，它 把操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)銜接在一起，對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的后續(xù)軟件開(kāi)發(fā)十分重要，在 整個(gè)開(kāi)發(fā)中也占有相當(dāng)大的比例。與熟悉的PC技術(shù)相比而言，它相當(dāng)于PC上的BIOs和引導(dǎo)記錄兩部分的功能， 即完成基本硬件初始化和操作系統(tǒng)的加載，并 轉(zhuǎn)入操作系統(tǒng)引導(dǎo)。U.Boot， 全稱UrniverSalBootLoader， 是遵循G PL條款的開(kāi)放源碼

35、項(xiàng)目， 從FADSRoM、8xxROM、PPCBooT逐 步發(fā)展演化而來(lái)。其源碼目錄、編譯形式與Linux內(nèi)核很相似，事實(shí)上，不少U.B00t源碼就是相應(yīng)的Linux內(nèi)核源程序的簡(jiǎn)化，尤其是一些設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，這從U .Eoot源碼的注釋中能體現(xiàn)這一點(diǎn)。但是U .Eoot不僅僅 支持嵌入式LinuX系統(tǒng)的引導(dǎo)，它還支持NctESD、VxWbrks、Q NX,、RTEMS、ARTOS和LynXoS嵌入式操作系統(tǒng)。這是U .Eo ot中UI liversal的一層含義，另外一層含義則是U Boot除了支持PowerPC系列的處理器外，還能支持M IPS、x86、AI蝴、NIO SXScale等諸多

36、常用系列的處理器。這兩個(gè)特點(diǎn)正是U .Boot項(xiàng)目的 開(kāi)發(fā)目標(biāo)，即支持盡可能多的嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng)。就目前來(lái)看，U.Boot對(duì)PowerPC系列處理器支持最為豐富，對(duì)Linux的支持最 完善。出于這些的考慮，在課題中首先對(duì)uboot進(jìn)行分析，力求掌握bOOtloader初始化的基本過(guò)程和引導(dǎo)LinuX的必要準(zhǔn)備。2.2. 1運(yùn)行過(guò)程分析為了與本文使用的硬件平臺(tái)盡量保持一致， 在分析uboot時(shí)主要以A1w系列的目標(biāo)板進(jìn)行分析。它的運(yùn)行過(guò)程對(duì)ARM系列的目標(biāo)板都是一樣的，只是調(diào) 用的與硬件有關(guān)的底層函數(shù)不同。uboot引導(dǎo)Linux的過(guò)程可以分成3個(gè) 階段：首先在F lash中運(yùn)行，完

37、成硬件最基本的設(shè)置，其中就包括sD洲的初 始化，然后將自身復(fù)制到SD洲中，最后轉(zhuǎn)入SD洲運(yùn)行；在SDRAM中執(zhí)行各 種硬件的初始化；設(shè)置內(nèi)核參數(shù)的標(biāo)記列表，把內(nèi)核拷貝到內(nèi)存，最后跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核 的入口。詳細(xì)描述如下：1）程序首先在F 1aSh中運(yùn)行。具體工作包括：設(shè)置異常向量表；設(shè)置CPu運(yùn)行模式；設(shè)置系統(tǒng)的主頻；屏蔽中斷；關(guān)閉M肌r功能；初始化SDRAM控制寄9電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文存器；將ubOOt自身復(fù)制到SDRAM中；設(shè)置堆棧指針；轉(zhuǎn)入SDRA M執(zhí)行【4】。這部分用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，在ub00t/cpu/）【）【X/s tan.S中，其中x）（）【表示一種具體CPU的名字。2）程序跳轉(zhuǎn)到S

38、DRAM中執(zhí)行uboot/l:|ba冊(cè)廠board.c中的stanannboot（）函數(shù)。該函數(shù)依次調(diào)用各個(gè)部分的初始化函數(shù)， 包括cpuillit、bo砌in it、int鋤lptjnit、cnVinjt、iniHbaudrate、s舐aljnitconsole _硒t _ fdrallollit和flashinit等等，最后進(jìn)入mainlOOpomainloop主要用于設(shè)置 延時(shí)等待，從而確定目標(biāo)板是進(jìn)入交互操作模式還是自動(dòng)引導(dǎo)模式。在設(shè)定的延時(shí) 時(shí)間范圍內(nèi)，目標(biāo)板將在串口等待輸入，當(dāng)有輸入時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入交互操作模式，反 之如果沒(méi)有接收到相關(guān)命令， 系統(tǒng)將進(jìn)入自動(dòng)引導(dǎo)模式， 完成內(nèi)核的加載及

39、引導(dǎo)。如果程序進(jìn)入交互操作模式， 則可以響應(yīng)用戶輸入的命令， 包括內(nèi)存操作命令，j fl砒操作命令， 下載命令和引導(dǎo)命令， 為ubOOt的使用提供了更大的靈活 性。3）加載LinuX就是把Lin畎映像文件從f lash中拷貝到sD鼬蝴 中特定的地址（注意決不能隨便拷貝到某個(gè)地址，該地址是內(nèi)核編譯后的虛擬地址以及目標(biāo)平臺(tái)SDRAM的起始地址共同決定的， 后面會(huì)講如何計(jì)算），然后跳轉(zhuǎn)到LinuX的入口執(zhí)行。但是與引導(dǎo)其它嵌入式操作系統(tǒng)有兩點(diǎn)不同：l，Linux初始化 時(shí)必須要掛載根文件系統(tǒng)， 并且需要從這個(gè)文件系統(tǒng)中執(zhí)行一些初始化腳本（主要 位于/etc下），最后執(zhí)行/bi n下的shel l程序

40、進(jìn)入命令行交互。根文 件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有多種方式，比如最常見(jiàn)的r鋤disk。把ramdisk的映像 文件做好以后（第四章介紹如何制作基于r鋤disk的根文件系統(tǒng)），會(huì)固化到naSh中并由bootloader在加載Linux時(shí)一起拷貝到SDRAM中，這樣Linu）【才能找到這個(gè)根文件系統(tǒng)并掛載。對(duì)于其它類型的根文件系 統(tǒng)，如j凰2，不需要boonoader事先拷貝到SDRAM;2， 在引導(dǎo)nux前需要?jiǎng)?chuàng)建引導(dǎo)參數(shù)。 主要包括SDRAM的起始地址和大小，r鋤disk的起始地址和大小(也可在命令行參數(shù)中指定ini仃d=)【XX,x)【)【)以及命令行參數(shù)(主要包括根設(shè)備root=/deV/Xxx，控制臺(tái)

41、 及控制臺(tái)參數(shù)consOle xxxXXxxXx等)。創(chuàng)建的方式采用標(biāo)記列 表(taggedlist)， 這是和LinuX約定好的。下面會(huì)詳細(xì)闡述如何 使用標(biāo)記列表創(chuàng)建參數(shù)。2.2.2創(chuàng)建引導(dǎo)參數(shù)Lillu)2.4.x以后的內(nèi)核都期望以標(biāo)記列表(taggedli st)的形式來(lái)傳遞啟動(dòng)參數(shù)。啟動(dòng)參數(shù)標(biāo)記列表以標(biāo)記朋rAGCORE開(kāi)始， 以標(biāo)記觸隊(duì)GNoNE結(jié)束。10第二章bootloader的實(shí)現(xiàn)每個(gè)標(biāo)記由標(biāo)識(shí)被傳遞參數(shù)的tag_header結(jié)構(gòu)以及隨后的參數(shù)值數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)組成。所有這些標(biāo)記都在一塊連續(xù)的內(nèi)存中被創(chuàng)建，同時(shí)必須讓內(nèi)核知道 它們的起始位置【5 1。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)tag和tagjlead

42、er定義在LinuX內(nèi)核源碼的inc lude/姻州semp.h頭文件中：/Thelist饑dswimallATAG丿寸。NEnode.奉/蜘e血eATAG_WoNEOx00000000s仃ucttagr headeru32size;/搴注意，這里size是字?jǐn)?shù)為單位的幸/u32tag;；s仃ucttagstmcttagAeaderhdr; ulionstmctta&一corecore;s仃ucttagmeI1132m鋤；ramdisk;stmcttag_VideoteXtVideotex t;s白ructtagramdisks白mCtta罟Oni仃dillitrd;strumta&a

43、mp;_ sefialnrseAalnr;stmcttagresionrclVision;s仃ucttag.videolfbVideolfb;st九Jcttag.cmdlinecmdline;I奉A(yù)comspecifichdr.tag=觸rAG-上ORE;p礎(chǔ)吼shdr.size2tagi ze(ta臣core);par鋤su.core.flags=O;par鋤su.core.pagesize = O;p繃msu.core.rootdeV = O;params = ta & Jext(params);其中，EooTPARAMS表示啟動(dòng)參數(shù)在內(nèi)存中的起始基地址，指針pa rams是一個(gè)s

44、tmcttag類型的指針。宏ta緲em()將以指向當(dāng)前標(biāo) 記的指針為參數(shù)，計(jì)算緊臨當(dāng)前標(biāo)記的下一個(gè)標(biāo)記的起始地址。這里BAG它字段并無(wú)意義。又如設(shè)置內(nèi)存映射情況的示例代碼：for(i=O;i VNUI _MEMAREAS;i+ + )CoRE僅僅表示開(kāi)始，其i墳memorunapi.used)(par鋤shdr.tag = Al隊(duì)G.MEM;par鋤Shdr.size = tagsizta&J nem32)；p黜amsu.m鋤.stan2memo巧mapi.start;p啪s _ u.mem.size=memo巧m印【i .size;p猢sta&一next(par鋤s);2可以

45、看出， 在memo巧加ap數(shù)組中， 每一個(gè)有效的內(nèi)存段都對(duì)應(yīng)一個(gè)ATAGMEM參數(shù)標(biāo)記。Linux內(nèi)核在啟動(dòng)時(shí)可以以命令行參數(shù)的形式來(lái)接收信息，利用這一點(diǎn)可 以向內(nèi)核提供那些內(nèi)核不能自己檢測(cè)的硬件參數(shù)信息，或者重載（ove盯id e）內(nèi)核自己檢測(cè)到的信息。比如，用這樣一個(gè)命令行參數(shù)字符串consOle仕ysO,ll52OOll8”來(lái)通知內(nèi)核以第一個(gè)串口作為控制臺(tái)，且串 口設(shè)置為ll52OObps、無(wú)奇偶校驗(yàn)、8位l2第二章bootloader的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)位”。下面是一段設(shè)置命令行參數(shù)的示例代碼:char幸p;/木eatleadingW枉teSpace幸/for(p = comm鋤dline;宰戸

46、；p+ + )產(chǎn)skipnon eXistemCOmmandlines宰u(yù)sesomek鋤elwillstillitsdefaultcommandline.Ii墳術(shù)p/Ot)r etl l加;par鋤shdr.tag = ATAG_CMDLINE;p捌rams ? h(lr.size =(si. zee)墳stnlcttagjleader)+stden(p)+ l+4)2；s缸Cpy(par鋤su.鋤dline.cm dline,p);params =ta受衛(wèi)extO跏s) 7表示的是字?jǐn)?shù)。下面是設(shè)置ATAG在上述代碼中，設(shè)置tag_ _ header的大小時(shí),必須包括字符串的終止符o,此外還

47、要將字節(jié)數(shù)向上取整為4字節(jié)的倍數(shù)， 因?yàn)閠ag-header結(jié)構(gòu)中的size成員INITlD的示例代碼，它告訴內(nèi) 核在RAM中的什么地方可以找到initr.d映象（就是采用ramdisk的根文件系統(tǒng)映像）以及它的大小：p眥II nshdmg = ATAG INITIm2;p撇shdr.size = tag size(tag illitrd);paramsu.ini仃d.sizc = INITI_ LEN;paftns = ta&_ nex姬arams）;最后，設(shè)置ATAGNONE標(biāo)記，結(jié)束整個(gè)啟動(dòng)參數(shù)列表：para瑚shdr.tag = ATAG NoNE;pal.撇shdtsize=

48、O;所有這些參數(shù)的創(chuàng)建都是由uboot完成的，并存放到內(nèi)核映像文件之前， 可以在內(nèi)核中配置具體位置（參見(jiàn)第三章Makefile.boot文件的內(nèi) 容），也可以由bootloader傳遞給內(nèi)核，以便讓內(nèi)核找到。啟動(dòng)參數(shù)是特定于引導(dǎo)nuX的。另外在轉(zhuǎn)入Linux運(yùn)行前，還需要設(shè) 置nux的運(yùn)行環(huán)境。parBASE;amsu.illitnd.sta t =RAMDISKRAM13電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2.2.3啟動(dòng)Linuxbootloader啟動(dòng)Linux的方法是直接跳轉(zhuǎn)到它的第一條指令 處。在跳轉(zhuǎn)前，必須滿足下面3個(gè)條件：1. CPU寄存器的設(shè)置：/RO=O:/R1=機(jī)器類型ID（每種類型的開(kāi)

49、發(fā)板都有一個(gè)唯一的D編號(hào)，針對(duì)/I也=啟動(dòng)參數(shù)標(biāo)記列表在洲中起始基地址；2. CPU模式：STMP36XX可以查找1inuv4rch/踟:11/t001s/mach types，為8 6 0 ）;/必須禁止中斷(mQ和F IQ);/CPU必須SVC模式：3.Cache和MMU的設(shè)置：/MMU必須關(guān)閉；/指令Cache可以打開(kāi)也可以關(guān)閉；/數(shù)據(jù)Cache必須關(guān)閉；如果用C語(yǔ)言， 可以像下列示例代碼這樣來(lái)調(diào)用內(nèi)核 【6 1:Void(宰U1eKemel)(intzero,intarch,u3 2par鋤s addr) =BASE;(Void(術(shù))(int,int,u32)KERNELR AMthe

50、Kemel(O,ARCHjWMBER,(u32)kemel p ar鋤s _奠art);其中KERNELRAMBASE為L(zhǎng)inuX入口所在的地址， 為物理地 址；ARCHNIMBER為目標(biāo)平臺(tái)的ID;kenlelparamsst眥 為啟動(dòng)參數(shù)的起始地址。注意，meKemeI這個(gè)函數(shù)調(diào)用應(yīng)該永遠(yuǎn)不返回。如 果這個(gè)調(diào)用返回，則說(shuō)明出錯(cuò)。以上通過(guò)對(duì)uboot的分析，明白了boonoader運(yùn)行的基本過(guò)程、 如何創(chuàng)建啟動(dòng)參數(shù)列表以及引導(dǎo)Linux前需要做哪些準(zhǔn)備，這為在sTm3 6)【)【上實(shí)現(xiàn)bootloader奠定了基礎(chǔ)。2.3kemel_pre的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)kemeLpre的設(shè)計(jì)2.3.1經(jīng)過(guò)前面

51、的研究和分析，要實(shí)現(xiàn)STMP3 6XX的booUoader有兩 種方式：其一，第二章bootloader的實(shí)現(xiàn)移植uboot以支持sTMP36xx ;其二是利用sTMP36）【）【片上ROM已有的初始化代碼完成板子的初始化，然后加入為了引導(dǎo)Linux而必須實(shí)現(xiàn)的一個(gè)功能，這看起來(lái)類似于二級(jí)bootloader。單獨(dú)加入的 這個(gè)功能命名為k鋤el內(nèi)核啟動(dòng)做的準(zhǔn)備工作。pre，意思是為L(zhǎng)inux這兩種方式各有優(yōu)勢(shì)。對(duì)于方式1來(lái)說(shuō)，這是一種最徹底最完善的方式，即讓uboot真正完全支持STMP36】【）【，但畢竟要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。另一 個(gè)因素是因?yàn)槿鄙倥涮椎臒?，即使能夠成功移植uboot，但是如

52、何固化到 片上RoM則是無(wú)法解決的問(wèn)題。 而且片上RoM不同于NORflaSh， 它是 可多次擦寫(xiě)還是只能寫(xiě)一次也無(wú)從查知。方式2的優(yōu)勢(shì)在于無(wú)需實(shí)現(xiàn)基本的硬件初始化，直接利用已經(jīng)有的功能完成板 子的基本初始化；并且可以利用系統(tǒng)的恢復(fù)模式下載kenlelpre。在這樣 的情況下，最終選擇了方式2。前面講過(guò)片上Ro M啟動(dòng)后將根據(jù)引導(dǎo)模式采取不同的行為，這里以圖2一l再次說(shuō)明。ResetWu多圖2 lSTMP3 6xx啟動(dòng)示意圖如果是恢復(fù)模式，則BootRo M調(diào)用updater程序，完成應(yīng)用程序Player（Se腫aTel提供的音頻播放程序）的更新，這里的更新指的是 把主機(jī)上的新的Player程

53、序通過(guò)配套的軟件程序固化到STMP36xx的Nandflash中。如果是正常模式，BootROM調(diào)用BootMana ger， 后者再把Player從NandnaSh拷貝到SDRAM，最后跳轉(zhuǎn) 到Player執(zhí)行，在拷貝Play盯之前，已經(jīng)由BootRo M和Boot Manager完成了板子的基本初始化。15電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文方式2就是把kenlelpre設(shè)計(jì)為這樣：用kenlelpre替換P layer，然后固化到板子上，隨后板子以正常模式啟動(dòng)，貝U可以執(zhí)行到ken lelpre。因?yàn)樵谵D(zhuǎn)入kenlelpre之前已經(jīng)完成了系統(tǒng)的基本初始 化，所以k鋤elpre的主要功能只是把Lill

54、ux和根文件系統(tǒng)映像拷貝到SDRAM中，然后為L(zhǎng)inux構(gòu)建啟動(dòng)參數(shù)，最后跳轉(zhuǎn)到LinuX入口。但 是這里又有一個(gè)問(wèn)題：LinuX和根文件系統(tǒng)如何下載？kenlelpre怎 樣知道它們的存儲(chǔ)位置？為了處理方便， 把Linux和根文件系統(tǒng)的內(nèi)容作為數(shù)據(jù)放到kenlel pre中，這樣它們就隨kenlelpre一起下載到板子上，并且k鋤elp re很容易知道它們的位置。具體處理如下：把Linux映像的內(nèi)容放到kem elpre的一個(gè)數(shù)組里，并且記錄Linux映像的長(zhǎng)度，根文件系統(tǒng)的處理相 同，然后一起編譯生成一個(gè)可執(zhí)行程序。這樣的好處在于因?yàn)閗emelpre知 道Linux和根文件系統(tǒng)的位置和長(zhǎng)度

55、，所以可以方便地把它們拷貝到特定的S DRAM空間，滿足加載的需要。缺點(diǎn)在于造成kenlel過(guò)大，編譯時(shí)間比較 長(zhǎng)。并且需要兩次拷貝，第一次由BOOtMallager把kenlelpr epre（包含了Linux和根文件系統(tǒng)）從f lash拷貝到內(nèi)存，第二次由kemelpre把Linux和根文件系統(tǒng)拷貝到內(nèi)存中特定的地方。由于有相應(yīng)的工具可以將二進(jìn)制文件的內(nèi)容輸出到一個(gè)無(wú)符號(hào)字符類型的數(shù)組 中，所以這也不失為一種好的解決辦法。綜上所述，得出這樣的設(shè)計(jì)方案：保留BootRO M和BootManag er,將特定于Linux引導(dǎo)的程序（即kemelpre）和1丑nlX內(nèi)核 映像及根文件系統(tǒng)映像一起

56、編譯成一個(gè)可下載到目標(biāo)板的程序，這個(gè)程序等效于Playerokemelpre的主要功能包括：11設(shè)置啟動(dòng)參數(shù)；2）將內(nèi)核和根文件系統(tǒng)拷貝到內(nèi)存中指定地址；3）跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核執(zhí)行；2.3.2kernel_ pre的實(shí)現(xiàn)forARMDeVeloperSuitekemel_ pre采用ARM公司的CodeWa orl.2工具開(kāi)發(fā)，沒(méi)有使用任何外部庫(kù)，實(shí)現(xiàn)的源碼如下：setllptack.S一入口函數(shù)，建立堆棧并跳到主程序;illit_s麗al.p.sTMP36xx的串口初始化程序；s甜al一 .一STMP3 6）【）【的串口輸出程序，這里加入串口驅(qū)動(dòng)主要是為了16第二章bootloader的實(shí)現(xiàn)打印字符

57、串，方便調(diào)試和驗(yàn)證;atag.h head.h標(biāo)記列表相關(guān)定義，主要從Linux源碼拷貝；寄存器相關(guān)定 義，如寄存器地址、寄存器位的定義等：Lilnlx內(nèi)核轉(zhuǎn)換后的數(shù)組以及數(shù)組長(zhǎng)度的定義，通過(guò)工具自pData.h 一動(dòng)生成；iData.h.一一根文件系統(tǒng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)組以及數(shù)組長(zhǎng)度的定義，通過(guò)工具自動(dòng)生成；p猢.c一 .一主程序， 包含拷貝Linux映像和根文件系統(tǒng)映 像，設(shè)置啟動(dòng)參數(shù)，最后跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核程序；kenlelje的流程如圖22所示。圖2 2kenlel_ pre流程為了達(dá)到目的，kenlelpre的配置也很重要。配置主要完成keme lpre程序空MMU是關(guān)閉的，因此直接以SD洲中的物理

58、地址來(lái)操作。配置的 具體操作如下：具AI己M6_omELF轉(zhuǎn)換為ELF格式。2）設(shè)置運(yùn)行可執(zhí)行文件的處理器。把LallguageSe仕i ngs中 的AI乇MARMCAssembler、間的定位，確定生成的目標(biāo)指令碼以及可執(zhí)行 文件的格式。注意kemelpre運(yùn)行時(shí)1）首先設(shè)置輸出格式為ELFoAD sl.2生成的可執(zhí)行文件格式為aXf，這里通過(guò)工Com研1er和ARMC+ +Compiler的ArdlitcctIJrcorProccssor中選擇為17電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文A徹9 2 6 eJs。3）設(shè)置只讀段的起始地址RObaLse為0 x614000 00。注意執(zhí) 行kenlelpre

59、時(shí)MMU是關(guān)閉的，所以操作的都是物理地址。之所以把這個(gè)地址選在0 x614000 0 0這個(gè)高端的地方，是因?yàn)閚ux和引導(dǎo)參數(shù)在低端固定的位置，必須為它 們預(yù)留。經(jīng)過(guò)編譯連接，生成的可執(zhí)行文件以它為基地址，往后依次安排數(shù)據(jù)段和 其它4）設(shè)置映像文件入口點(diǎn)（hllage咖Point）為beforc S tart，表示可執(zhí)行文件從before段。st砒開(kāi)始執(zhí)行，該函數(shù)位于s釀lpstack.s。這 也是從BootManager跳轉(zhuǎn)5）在刪連接器中取消所有的庫(kù)，保證kem elpre不連接任何其它的庫(kù)，這樣會(huì)減少出錯(cuò)的機(jī)會(huì)。因?yàn)閷?duì)于這種底層的引導(dǎo)程序，能提供的功能很少，使用 別的庫(kù)極有可能出錯(cuò)。另一

60、方面也減少了冗余代碼。 到kenlelpre的地 址， 它直接決定了引導(dǎo)的成敗。6）設(shè)置映像開(kāi)始位置放置的文件為s帥stack. o這個(gè)文件。因?yàn)檫B接 器不一定把入口函數(shù)所在的文件放在最前面，所以入口函數(shù)的地址并不一定就是0 x614 0 0 0 0 0。如果入口函數(shù)的地址不確定，那么從B00tManager跳轉(zhuǎn) 就會(huì)有問(wèn)題。 所以這里將s咖stack. o放到最前面，因?yàn)樵撐募ㄈ肟诤?數(shù)，這樣就保證了入口函數(shù)的地址為0 x61400000。71最后設(shè)置輸出的可執(zhí)行文件的格式為elfo完成代碼編寫(xiě)和項(xiàng)目配置以后，編譯生成可執(zhí)行文件，然后通過(guò)一定的方式下 載到目標(biāo)板。這里對(duì)整個(gè)過(guò)程做一總結(jié)，詳見(jiàn)以下幾步描述，并參見(jiàn)圖2.3。1）使用工