嵌入式Linux的構(gòu)建

1、第4章 嵌入式Linux的構(gòu)建(u jin)4.1嵌入式BootLoader技術(shù)4.2嵌入式Linux根文件系統(tǒng)構(gòu)建4.3Linux內(nèi)核及啟動過程4.4 基于ARM目標(biāo)(mbio)板的 Linux系統(tǒng)及應(yīng)用程序的燒寫共一百零五頁4.1嵌入式BootLoader技術(shù)(jsh)4.1.1Bootloader的概念(ginin) 簡單地說，Boot Loader 就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序。通過這段小程序，可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。 通常，Boot Loader 是嚴(yán)重地依賴于硬件而

2、實(shí)現(xiàn)的，特別是在嵌入式系統(tǒng)。因此，在嵌入式系統(tǒng)里建立一個通用的 Boot Loader 幾乎是不可能的。盡管如此，仍然可以對 Boot Loader 歸納出一些通用的概念來，以指導(dǎo)用戶特定的 Boot Loader 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。共一百零五頁 每種不同的 CPU 體系結(jié)構(gòu)都有不同的 Boot Loader。有些 Boot Loader 也支持多種體系結(jié)構(gòu)的 CPU，比如 U-Boot 就同時支持 ARM 體系結(jié)構(gòu)和MIPS 體系結(jié)構(gòu)。除了依賴于 CPU 的體系結(jié)構(gòu)外，Boot Loader 實(shí)際上也依賴于具體的嵌入式板級設(shè)備的配置。這也就是說，對于兩塊不同的嵌入式板而言，即使(jsh)它們是基于

3、同一種 CPU 而構(gòu)建的，要想讓運(yùn)行在一塊板子上的 Boot Loader 程序也能運(yùn)行在另一塊板子上，通常也都需要修改 Boot Loader 的源程序。 1. Boot Loader 所支持(zhch)的 CPU 和嵌入式開發(fā)板共一百零五頁2. Boot Loader 的安裝(nzhung)媒介（Installation Medium）系統(tǒng)加電或復(fù)位后，所有的 CPU 通常都從某個由 CPU 制造商預(yù)先安排的地址上取指令。比如，基于 ARM920T核的 CPU 在復(fù)位時通常都從地址 0 x00000000 取它的第一條指令。而基于 CPU 構(gòu)建的嵌入式系統(tǒng)通常都有某種類型的固態(tài)存儲設(shè)備（比

4、如：ROM、EEPROM 或 FLASH 等）被映射到這個預(yù)先安排的地址上。因此在系統(tǒng)加電后，CPU 將首先執(zhí)行(zhxng) Boot Loader 程序。 圖4.1所示的就是一個同時裝有 Boot Loader、內(nèi)核的啟動參數(shù)、內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像的固態(tài)存儲設(shè)備的典型空間分配結(jié)構(gòu)圖。 共一百零五頁圖4.1 固態(tài)存儲設(shè)備的典型空間(kngjin)分配結(jié)構(gòu)共一百零五頁3. 用來(yn li)控制 Boot Loader 的設(shè)備或機(jī)制主機(jī)和目標(biāo)(mbio)機(jī)之間一般通過串口建立連接，Boot Loader 軟件在執(zhí)行時通常會通過串口來進(jìn)行 I/O，比如：輸出打印信息到串口，從串口讀取用戶控制

5、字符等。 4. Boot Loader 的啟動過程是單階段（Single Stage）還是多階段（Multi-Stage）通常多階段的 Boot Loader 能提供更為復(fù)雜的功能，以及更好的可移植性。從固態(tài)存儲設(shè)備上啟動的 Boot Loader 大多都是 2 階段的啟動過程，也即啟動過程可以分為 stage 1 和 stage 2 兩部分。而至于在 stage 1 和 stage 2 具體完成哪些任務(wù)將在下面討論。 共一百零五頁5. Boot Loader 的操作(cozu)模式 (Operation Mode) 啟動加載（Boot loading）模式：這種模式也稱為自主（Autonom

6、ous）模式。也即 Boot Loader 從目標(biāo)機(jī)上的某個固態(tài)存儲設(shè)備上將操作系統(tǒng)加載到 RAM 中運(yùn)行，整個過程并沒有用戶(yngh)的介入。這種模式是 Boot Loader 的正常工作模式，因此在嵌入式產(chǎn)品發(fā)布的時侯，Boot Loader 顯然必須工作在這種模式下。 下載（Downloading）模式：在這種模式下，目標(biāo)機(jī)上的 Boot Loader 將通過串口連接或網(wǎng)絡(luò)連接等通信手段從主機(jī)（Host）下載文件，比如：下載內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像等。從主機(jī)下載的文件通常首先被 Boot Loader 保存到目標(biāo)機(jī)的 RAM 中，然后再被 Boot Loader 寫到目標(biāo)機(jī)上的FLAS

7、H 類固態(tài)存儲設(shè)備中。Boot Loader 的這種模式通常在第一次安裝內(nèi)核與根文件系統(tǒng)時被使用；此外，以后的系統(tǒng)更新也會使用 Boot Loader 的這種工作模式。工作于這種模式下的 Boot Loader 通常都會向它的終端用戶提供一個簡單的命令行接口。共一百零五頁6. BootLoader 與主機(jī)之間進(jìn)行文件傳輸所用(su yn)的通信設(shè)備及協(xié)議一般情況，目標(biāo)機(jī)上的 Boot Loader 通過串口與主機(jī)之間進(jìn)行文件傳輸(chun sh)，傳輸(chun sh)協(xié)議通常是 xmodemymodemzmodem 協(xié)議中的一種。但是，串口傳輸?shù)乃俣仁怯邢薜模虼送ㄟ^以太網(wǎng)連接并借助 TFT

8、P 協(xié)議來下載文件是個更好的選擇。 還必須考慮主機(jī)方所用的軟件。比如，在通過以太網(wǎng)連接和 TFTP 協(xié)議來下載文件時，主機(jī)方必須有一個軟件用來的提供 TFTP 服務(wù)。 共一百零五頁4.1.2 Bootloader引導(dǎo)(yndo)程序 Bootloader引導(dǎo)程序是嵌入式開發(fā)很重要的組成部分。它是嵌入式系統(tǒng)上電后執(zhí)行的第一個程序，并由它最終將操作系統(tǒng)啟動起來并將控制權(quán)交給操作系統(tǒng)。Bootloader引導(dǎo)程序最基本的功能是對硬件(yn jin)系統(tǒng)的初始化和內(nèi)核啟動參數(shù)設(shè)置并啟動內(nèi)核。 Bootloader的主要功能有：(1)初始化CPU 的主頻、SDRAM、中斷、串口等硬件；(2)啟動Linu

9、x內(nèi)核并提供一個RAMDISK；(3)通過串口下載內(nèi)核或RAMDISK到目標(biāo)板上；(4)將修改過的內(nèi)核或RAMDISK寫入到Flash內(nèi)；(5)為用戶提供一個命令接口。共一百零五頁 Bootloader的stage1stage1是Bootloader一開始就執(zhí)行的操作，其目的是為了stage2的執(zhí)行以及隨后的內(nèi)核的執(zhí)行，設(shè)置好一些基本的硬件環(huán)境。包括以下步驟：屏蔽所有的中斷 。為中斷提供服務(wù)的通常是操作系統(tǒng),因此在執(zhí)行Bootloader的過程中可以不響應(yīng)任何中斷。中斷屏蔽通過寫CPU的中斷屏蔽寄存器來完成。設(shè)置CPU的時鐘頻率和速度。初始化RAM設(shè)置系統(tǒng)內(nèi)存(ni cn)控制器的功能寄存器和

10、各內(nèi)存(ni cn)庫控制寄存器等。為加載stage2準(zhǔn)備RAM空間?？截恠tage2到RAM中。跳轉(zhuǎn)到stage2的入口點(diǎn)。共一百零五頁 Bootloader的stage2 stage2的主要的功能是通過串口下載Linux內(nèi)核到目標(biāo)板上。包括以下幾個步驟：初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備。通常包括：初始化至少一個串口，以便和終端用戶進(jìn)行I/O輸出信息；初始化計(jì)時器等。檢測系統(tǒng)的內(nèi)存映射。所謂內(nèi)存映射就是指在整個4GB物理地址空間中有哪些地址范圍被分配(fnpi)用來尋址系統(tǒng)的RAM單元。加載內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)從Flash讀入到Rom中。包括兩個方面：第一方面是內(nèi)核映像所占用的內(nèi)存范圍；第二方

11、面是根文件系統(tǒng)所占用的內(nèi)存范圍。在規(guī)劃內(nèi)存占用布局時，主要考慮基地址和映像的大小兩個方面。設(shè)置內(nèi)核的啟動參數(shù)。調(diào)用內(nèi)核。Bootloader調(diào)用Linux內(nèi)核的方法是直接跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的第一條指令處。共一百零五頁2BootLoader代碼(di m)分析 下面對引導(dǎo)程序2410INIT.S進(jìn)行分析，以加深對BootLoader的理解(lji)。在第一階段完成依賴于體系結(jié)構(gòu)硬件初始化的代碼，包括禁止看門狗、禁止中斷、初始化各控制寄存器拷貝自身到RAM等。IMPORT Main AREA Init,CODE,READONLYENTRY bResetHandler ResetHandlerldrr0,=

12、WTCON ldrr1,=0 x0共一百零五頁strr1,r0ldrr0,=INTMSKldrr1,=0 xffffffffstrr1,r0ldrr0,=INTSUBMSKldrr1,=0 x7ffstrr1,r0ldrr0,=LOCKTIMEldrr1,=0 xffffffstrr1,r0ldrr0,=SMRDATAldrr1,=BWSCONaddr2, r0, #52共一百零五頁ldrr3, r0, #4strr3, r1, #4cmpr2, r0bne%B0共一百零五頁第二階段通常用C語言實(shí)現(xiàn)(shxin)，包括內(nèi)存管理單元初始化、時鐘設(shè)置、端口設(shè)置和串口初始化等。void Isr_In

13、it(void) rINTMOD = 0 x0; /工作在IRQ模式 rINTMSK = BIT_ALLMSK; /屏蔽中斷 rINTSUBMSK = BIT_SUB_ALLMSK; /屏蔽子中斷void Main(void) MMU_Init(); /MMU初始化 ChangeClockDivider(1,1); / 設(shè)置(shzh)時鐘除法器-1：2：4 ChangeMPllValue(0 xa1,0 x3,0 x1); / 時鐘值FCLK=202.8MHz Port_Init(); Isr_Init();共一百零五頁 Uart_Init(0,115200); Uart_Select(0)

14、; while(1) Uart_Printf(nnSMDK2410 Board (MCU S3C2410) Example Program Ver 1.0(20020521) FCLK = %d Hznn, FCLK); 共一百零五頁 與一般的C語言程序一樣(yyng)，第二階段程序從Main()函數(shù)開始。因?yàn)樗捎玫腟3C2410X處理器內(nèi)含存儲器管理單元MMU，所以首先需要進(jìn)行存儲器管理單元的初始化。緊接著設(shè)置系統(tǒng)工作主時鐘，若使用USB設(shè)備則USB時鐘也需要做相應(yīng)初始化。其次對端口工作狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定。然后設(shè)定處理器工作模式，以及中斷控制。最后初始化串口，與宿主機(jī)建立聯(lián)系，以利于顯示調(diào)試信息

15、。啟動成功后，可以執(zhí)行主程序。共一百零五頁4.1.3 VIVI簡介(jin ji) VIVI是韓國Mizi公司開發(fā)的BootLoader，可用于ARM9處理器的引導(dǎo)。VIVI利用串行通信為用戶提供接口。為連接VIVI，首先利用串口電纜連接宿主機(jī)和目標(biāo)板，然后在主機(jī)上運(yùn)行串口通信程序，并在目標(biāo)板上正確設(shè)置VIVI以支持串口。在宿主機(jī)進(jìn)入超級終端后，打開目標(biāo)板電源或按目標(biāo)板復(fù)位鍵，就可以由串口通信程序顯示(xinsh)提示信息，提示信息的最后一行如下所示：共一百零五頁P(yáng)ress Return to start the LINUX now, any other key for vivi.VIVI也有

16、前面說過的兩種工作模式，啟動模式可以在一段時間后自行啟動Linux內(nèi)核，這是VIVI的默認(rèn)方式。出現(xiàn)上述信息后，如果按除回車鍵外的任意鍵，即可進(jìn)入下載模式，出現(xiàn)“vivi”提示符。有如下作用： 把內(nèi)核(kernel)從flash復(fù)制到RAM，然后啟動； 初始化硬件； 下載程序(chngx)并寫入flash（通常由串口或者網(wǎng)口先把內(nèi)核下載到RAM中，然后寫入flash）； 檢測目標(biāo)板（bootloader會有一些簡單的代碼用以測試目標(biāo)板硬件的好壞）。在下載模式下，VIVI為用戶提供了一個命令行接口，通過該接口可以使用VIVI提供的一些命令。 共一百零五頁1. VIVI的命令(mng lng) （

17、1）load命令 將二進(jìn)制文件載入到Flash或者RAM，命令格式：load | 其中命令行參數(shù)描述裝載(zhungzi)位置，有flash和ram兩種選項(xiàng)；參數(shù) 或 描述裝載的地址，如果有提前定義的mtd分區(qū)信息，可以只輸入分區(qū)名稱，否則需要指定地址和大??；參數(shù) 確定文件的傳輸協(xié)議，常采用的選項(xiàng)“x”用來指定采用xmodem協(xié)議。 例如：vivi load flash kernel x，裝載壓縮映像文件zImage到flash存儲器中，地址是kernel分區(qū)，采用xmodem傳輸協(xié)議。也可以指定地址和大小，例如：vivi load flash 0 x80000 0 xc0000 x。共一百零

18、五頁（2）part命令操作MTD分區(qū)信息，比如，顯示(xinsh)、增加、刪除、復(fù)位、保存MTD分區(qū)等。 part show：顯示mtd分區(qū)信息。 part add ：增加新的mtd分區(qū)，其中為新mtd分區(qū)名稱，是mtd器件的偏移，表示mtd分區(qū)的大小，表示分區(qū)類型，可選項(xiàng)有JFFS2、LOCKED和BONFS。 part del ：刪除一個mtd分區(qū)。 part reset：恢復(fù)mtd 分區(qū)為默認(rèn)值。 part save：在flash中永久保存參數(shù)值和分區(qū)信息。（3）param命令(mng lng)用來設(shè)置或者察看參數(shù)。例如：改變“l(fā)inux command line”，使用 vivi pa

19、ram set linux_cmd_line you wish.。也可以改變引導(dǎo)程序啟動的時間，使用vivi param set boot_delay 100000實(shí)現(xiàn)。共一百零五頁 （4）boot命令 用來引導(dǎo)存儲在flash存儲器或ram中的linux內(nèi)核。命令格式： boot | 參數(shù) 設(shè)定存儲linux內(nèi)核映像的位置，可選項(xiàng)有ram、nor和smc。 參數(shù) 或 描述存儲內(nèi)核的地址，如果有提前定義的mtd分區(qū)信息，可以只輸入分區(qū)名稱，否則需要(xyo)指定地址和大小。例如：vivi boot nor 0 x80000表示從flash存儲器中讀出linux內(nèi)核，偏移是0 x80000。 （

20、5）flash命令 存儲器管理命令，例如：flash erase | ，表示擦除flash存儲器。共一百零五頁2VIVI的目錄(ml)樹（1）arch：此目錄包括了所有VIVI支持的目標(biāo)板的子目錄，本書附帶的代碼中只包含S3C2410X。（2）Documentation：存放了許多文檔，其中包括VIVI的使用指南。（3）drivers：其中包括了引導(dǎo)內(nèi)核所需的MTD設(shè)備和串口驅(qū)動程序。MTD目錄下分maps、nand和nor三個目錄，實(shí)現(xiàn)(shxin)對Nand Flash和Nor Flash的讀寫控制。Serial目錄下的文件實(shí)現(xiàn)對串口的控制，并支持xmodem和ymodem協(xié)議。（4）in

21、clude：頭文件的公共目錄，其中的S3C2410.h定義了處理器的一些寄存器，以及NAND Flash的一些寄存器等。Platform/smdk2410.h定義了與目標(biāo)板相關(guān)的資源配置參數(shù)，修改波特率、引導(dǎo)參數(shù)和物理內(nèi)存映射等參數(shù)即可配置目標(biāo)板。共一百零五頁（5）init：此目錄(ml)只有main.c和version.c兩個文件。與普通的C程序一樣，VIVI將從main函數(shù)開始執(zhí)行。（6）lib：一些平臺公共的接口代碼，比如，time.c里的udelay()和mdelay()。（7）scripts：此目錄存放了配置所需的腳本文件，如Menuconfig和Configure文件，以方便對VI

22、VI的配置。 VIVI的運(yùn)行也可以分為兩個階段。在第一階段完成含有依賴于CPU體系結(jié)構(gòu)硬件初始化的代碼，利用匯編語言完成。第二階段是用C語言完成的。即在VIVI中以head.S作為第一階段，main()作為第二階段。在跳轉(zhuǎn)進(jìn)main()函數(shù)之前，利用匯編語言編寫了一段trampoline程序作為階段2可執(zhí)行鏡像的執(zhí)行入口點(diǎn)。之后可以在trampoline中用處理器的跳轉(zhuǎn)指令進(jìn)入main()函數(shù)中去執(zhí)行。當(dāng)main()函數(shù)返回時，CPU就進(jìn)行復(fù)位。VIVI的程序代碼請參考本書提供的光盤：2410sexpbootloaderviviarchs3c2410的文件夾中的head.S程序，VIVI的下載

23、燒寫在4.7節(jié)詳細(xì)介紹。共一百零五頁3. 配置(pizh)和編譯vivi 如果vivi的源代碼已根據(jù)開發(fā)板作了相應(yīng)改動，則需要對源代碼進(jìn)行配置和編譯，以生成燒入flash的vivi 二進(jìn)制映象文件(wnjin)。 由于vivi要用到kernel的一些頭文件，所以需要kernel的源代碼，所以先要把linux的kernel準(zhǔn)備好。將vivi和kernel都解到相應(yīng)目錄下（例如將光盤提供的vivi源代碼解壓到/home/xiongmh目錄下，光盤提供的Linux kernel源碼kernel- h2410eb.041024.tar.gz也解壓到/home/xiongmh目錄下，解壓后的文件名為ke

24、rne-h2410eb）。共一百零五頁然后需修改/vivi/Makefile文件中的一些變量設(shè)置： LINUX_INCLUDE_DIR = /kernel/include/ 修改為： LINUX_INCLUDE_DIR =/home/xiongmh/ kerne-h2410eb/include/ ? CROSS_COMPILE = /usr/local/arm/2.95.3/bin/arm-linux- 修改為： CROSS_COMPILE = /usr/local/arm/2.95.3/bin/arm-linux- ARM_GCC_LIBS = /usr/local/arm/2.95.3/l

25、ib/gcc-lib/arm-linux/2.95.3 進(jìn)入(jnr)/vivi目錄執(zhí)行make distclean。（目的是確保編譯的有效性，在編譯之前將vivi里所有的“*.o”和“*.o.flag”文件刪掉） 進(jìn)入/vivi目錄里，輸入make menuconfig，開始選擇配置。也可用Load裝入一個寫好的配置文件。注意，選Exit退出時一定要選“Yes”保存配置。再輸入make正式開始編譯直至完成。如果不報(bào)錯，配置和編譯得到的“vivi”在/vivi的文件夾中。這個就是后面要燒寫到flash中的bootloader。共一百零五頁4.1.4 vivi代碼(di m)分析vivi的運(yùn)行也

26、可以分為兩個階段： 1. vivi的第一階段完成含依賴于CPU的體系結(jié)構(gòu)硬件初始化的代碼，包括禁止中斷、初始化串口、復(fù)制自身到RAM等。相關(guān)(xinggun)代碼集中在head.S（viviarchs3c2410目錄下）： Head.S： #include config.h #include linkage.h #include machine.h Start of executable code ENTRY(_start) ENTRY(ResetEntryPoint) Exception vector table (physical address = 0 x00000000) ；異常向量表

27、物理地址 共一百零五頁0 x00: Reset ；復(fù)位b Reset 0 x04: Undefined instruction exception ；未定義的指令異常UndefEntryPoint: b HandleUndef 0 x08: Software interrupt exception ；軟件中斷異常SWIEntryPoint: b HandleSWI 0 x0c: Prefetch Abort (Instruction Fetch Memory Abort) ；內(nèi)存操作異常PrefetchAbortEnteryPoint: b HandlePrefetchAbort 0 x10:

28、 Data Access Memory Abort ；數(shù)據(jù)(shj)異常DataAbortEntryPoint: b HandleDataAbort 0 x14: Not used ；未使用NotUsedEntryPoint: b HandleNotUsed 0 x18: IRQ(Interrupt Request) exception ；慢速中斷處理共一百零五頁IRQEntryPoint: b HandleIRQ 0 x1c: FIQ(Fast Interrupt Request) exception ；快速中斷(zhngdun)處理FIQEntryPoint: b HandleFIQ VI

29、VI magics 0 x20: magic number so we can verify that we only put .long 0 0 x24: .long 0 0 x28: where this vivi was linked, so we can put it in memory in the right place .long _start 0 x2C: this contains the platform, cpu and machine id .long ARCHITECTURE_MAGIC 0 x30: vivi capabilities 共一百零五頁.long 0 #

30、ifdef CONFIG_PM ；vivi考慮不需要(xyo)使用電源管理 0 x34: b SleepRamProc #endif #ifdef CONFIG_TEST 0 x38: b hmi #endif Start VIVI head Reset: disable watch dog timer ；禁止看門狗計(jì)時器mov r1, #0 x53000000 ；WTCON寄存器地址是0 x53000000，清0 mov r2, #0 x0 str r2, r1 共一百零五頁#ifdef CONFIG_S3C2410_MPORT3 ；不符合條件，跳到下面(xi mian)的關(guān)中斷/* 在/v

31、ivi/include/autoconf.h中#undef CONFIG_S3C2410_MPORT3*/ mov r1, #0 x56000000 ；GPACON寄存器地址是0 x56000000 mov r2, #0 x00000005 str r2, r1, #0 x70 ；配置GPHCON寄存器mov r2, #0 x00000001 str r2, r1, #0 x78 ；配置GPHUP寄存器mov r2, #0 x00000001 str r2, r1, #0 x74 ；配置GPHDAT寄存器#endif disable all interrupts ；禁止全部中斷mov r1,

32、#INT_CTL_BASE mov r2, #0 xffffffff str r2, r1, #oINTMSK ；掩碼關(guān)閉所有中斷共一百零五頁2. vivi的第二階段vivi的第二階段是從main（）函數(shù)開始，同一般的C語言程序一樣，該函數(shù)在/init/main.c文件中，總共可以分為8個步驟。（1）函數(shù)開始，通過putstr(vivi_banner)打印出vivi的版本。Vivi_banner在/init/version.c文件中定義（2）對開發(fā)板進(jìn)行初始化（board_init函數(shù)），board_init是與開發(fā)板緊密相關(guān)的，這個(zh ge)函數(shù)在/arch/s3c2410/smdk.c

33、文件中。開發(fā)板初始化主要完成兩個功能，時鐘初始化（init_time()）和通用IO口設(shè)置（set_gpios()）。共一百零五頁void set_gpios(void) GPACON = vGPACON; GPBCON = vGPBCON; GPBUP = vGPBUP; GPCCON = vGPCCON; GPCUP = vGPCUP; GPDCON = vGPDCON; GPDUP = vGPDUP; GPECON = vGPECON; GPEUP = vGPEUP; GPFCON = vGPFCON; GPFUP = vGPFUP; GPGCON = vGPGCON; GPGUP =

34、vGPGUP; GPHCON = vGPHCON; 共一百零五頁GPHUP = vGPHUP; EXTINT0 = vEXTINT0; EXTINT1 = vEXTINT1; EXTINT2 = vEXTINT2; 其中(qzhng)，GPIO口在smdk2410.h（viviincludeplatform目錄下）文件中定義。共一百零五頁（3）內(nèi)存映射(yngsh)初始化和內(nèi)存管理單元的初始化工作： mem_map_init(); mmu_init(); 這兩個函數(shù)都在/arch/s3c2410/mmu.c文件中。void mem_map_init(void) #ifdef CONFIG_S3

35、C2410_NAND_BOOT mem_map_nand_boot(); #else mem_map_nor(); #endif cache_clean_invalidate(); tlb_invalidate(); 共一百零五頁如果配置vivi時使用了NAND作為啟動設(shè)備(shbi)，則執(zhí)行mem_map_nand_boot()，否則執(zhí)行mem_map_nor()。這里要注意的是，如果使用NOR啟動，則必須先把vivi代碼復(fù)制到RAM中。這個過程是由copy_vivi_to_ram()函數(shù)來完成的。代碼如下： static void copy_vivi_to_ram(void) putstr

36、_hex(Evacuating 1MB of Flash to DRAM at 0 x, VIVI_RAM_BASE); memcpy(void *)VIVI_RAM_BASE, (void *)VIVI_ROM_BASE, VIVI_RAM_SIZE); VIVI_RAM_BASE、VIVI_ROM_BASE、VIVI_RAM_SIZE這些值都可以在smdk2410.h中查到，并且這些值必須根據(jù)自己開發(fā)板的RAM實(shí)際大小修改。這也是在移植vivi的過程中需要注意的一個地方。共一百零五頁mmu_init()函數(shù)中執(zhí)行(zhxng)了arm920_setup函數(shù)。這段代碼是用匯編語言實(shí)現(xiàn)的，針對

37、arm920t核的處理器。（4）初始化堆棧，heap_init()。（定義在vivilibheap.c文件中） int heap_init(void) return mmalloc_init(unsigned char *)(HEAP_BASE), HEAP_SIZE); 共一百零五頁（5）初始化mtd設(shè)備(shbi)，mtd_dev_init()。int mtd_init(void) int ret; #ifdef CONFIG_MTD_CFI ret = cfi_init(); #endif #ifdef CONFIG_MTD_SMC ret = smc_init(); #endif #i

38、fdef CONFIG_S3C2410_AMD_BOOT ret = amd_init(); #endif if (ret) mymtd = NULL; return ret; return 0; 共一百零五頁這幾個函數(shù)可以在/drivers/mtd/maps/s3c2410_flash.c里找到。（6）初始化私有數(shù)據(jù)，init_priv_data()。（定義在vivilibpriv_datarw.c文件中） （7）初始化內(nèi)置命令，init_builtin_cmds()。通過add_command函數(shù)，加載vivi內(nèi)置的幾個命令。（8）啟動boot_or_vivi()。啟動成功(chnggng

39、)后，將通過vivi_shell()啟動一個shell（如果配置了CONFIG_SERIAL_TERM），此時vivi的任務(wù)完成。共一百零五頁4.2嵌入式Linux根文件系統(tǒng)構(gòu)建(u jin)4.2.1 Linux文件系統(tǒng)介紹(jisho) 理論上說一個嵌入式設(shè)備如果內(nèi)核能夠運(yùn)行起來，且不需要運(yùn)行用戶進(jìn)程的話，是不需要文件系統(tǒng)的，文件系統(tǒng)簡單的說就是一種目錄結(jié)構(gòu)，由于 linux操作系統(tǒng)的設(shè)備在系統(tǒng)中是以文件的形式存在，將這些文件進(jìn)行分類管理以及提供和內(nèi)核交互的接口，就形成一定的目錄結(jié)構(gòu)也就是文件系統(tǒng)，文件系統(tǒng)是為用戶反映系統(tǒng)的一種形式，為用戶提供一個檢測控制系統(tǒng)的接口。 根文件系統(tǒng)，我認(rèn)為根

40、文件系統(tǒng)就是一種特殊的文件系統(tǒng),那么根文件系統(tǒng)和普通的文件系統(tǒng)有什么區(qū)別呢？由于根文件系統(tǒng)是內(nèi)核啟動時掛在的第一個文件系統(tǒng)，那么根文件系統(tǒng)就要包括Linux啟動時所必須的目錄和關(guān)鍵性的文件，例如Linux啟動時都需要有init目錄下的相關(guān)文件，在 Linux掛載分區(qū)時Linux一定會找/etc/fstab這個掛載文件等，根文件系統(tǒng)中還包括了許多的應(yīng)用程序bin目錄等，任何包括這些Linux 系統(tǒng)啟動所必須的文件都可以成為根文件系統(tǒng)。共一百零五頁圖4.3 Linux系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Linux支持多種文件系統(tǒng)，包括ext2、ext3、vfat、ntfs、iso9660、jffs、romfs和nfs等，為了

41、(wi le)對各類文件系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，Linux引入了虛擬文件系統(tǒng)VFS(Virtual File System)，為各類文件系統(tǒng)提供一個統(tǒng)一的操作界面和應(yīng)用編程接口。如4.3所示的Linux系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。Linux啟動時，第一個必須掛載的是根文件系統(tǒng)；若系統(tǒng)不能從指定設(shè)備上掛載根文件系統(tǒng)，則系統(tǒng)會出錯而退出啟動。之后可以自動或手動掛載其他的文件系統(tǒng)。因此，一個系統(tǒng)中可以同時(tngsh)存在不同的文件系統(tǒng)。共一百零五頁不同的文件系統(tǒng)類型有不同的特點(diǎn)，因而根據(jù)存儲設(shè)備的硬件特性、系統(tǒng)需求等有不同的應(yīng)用場合。在嵌入式Linux應(yīng)用中，主要的存儲設(shè)備為 RAM(DRAM, SDRAM)和ROM(

42、常采用FLASH存儲器)，常用的基于(jy)存儲設(shè)備的文件系統(tǒng)類型包括：jffs2, yaffs, cramfs, romfs, ramdisk, ramfs/tmpfs等。共一百零五頁4.2.2 根文件系統(tǒng)的目錄(ml)結(jié)構(gòu)內(nèi)核啟動的最后步驟是掛載根文件系統(tǒng)，包含：Init進(jìn)程、Shell、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等等的工具集、系統(tǒng)配置文件和鏈接庫等。根文件系統(tǒng)是由目錄、Shell、庫、腳本等組成，根文件系統(tǒng)根目錄下除了(ch le)可能的標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)引導(dǎo)映象/vmlinuz外一般不含任何文件，所有其他文件是在根文件系統(tǒng)的子目錄中。嵌入式根文件系統(tǒng)要包含了一些必須有的目錄，如：/dev、/bin、/

43、usr、/sbin、/lib、/etc、/proc、/sys 。下面介紹根文件系統(tǒng)中的主要子目錄。/bin ：必要的用戶命令（二進(jìn)制文件）。*/boot ：引導(dǎo)加載程序使用的靜態(tài)文件。/dev ：設(shè)備文件及其他特殊文件。/etc ：系統(tǒng)配置文件。共一百零五頁*/home ：用戶主目錄。/lib ：必要的鏈接庫，例如：C鏈接庫、內(nèi)核模塊。/mnt ：臨時(ln sh)掛載的文件系統(tǒng)的掛載點(diǎn)。*/opt ：附加軟件的安裝目錄。proc ：提供內(nèi)核和進(jìn)程信息的proc文件系統(tǒng)。*/root ：root用戶主目錄。sbin ：必要的系統(tǒng)管理員命令。tmp ：臨時文件目錄。usr ：大多數(shù)用戶使用的應(yīng)用

44、程序和文件目錄。var ：監(jiān)控程序和工具程序存放的可變數(shù)據(jù)。注意：“*” 目錄在嵌入式Linux上為可選的。共一百零五頁（1）/dev目錄在/dev目錄中，包括設(shè)備文件及其他特殊文件，當(dāng)配置內(nèi)核支持(zhch)設(shè)備文件系統(tǒng)devfs時，此目錄中的設(shè)備節(jié)點(diǎn)由內(nèi)核和驅(qū)動程序自動創(chuàng)建?？稍?dev目錄下用ls命令查看該目錄下的內(nèi)容。共一百零五頁（2）/lib目錄在/lib目錄下，包括了glibc鏈接庫，glibc存放系統(tǒng)必要的動態(tài)鏈接庫，支持系統(tǒng)的正常啟動，包括： ld：動態(tài)鏈接(lin ji)器。 libc：主C鏈接器進(jìn)程。 libm ：數(shù)學(xué)進(jìn)程，在數(shù)學(xué)函數(shù)中需要用到。 ibcrypt：密碼學(xué)進(jìn)程

45、，多數(shù)涉及認(rèn)證的應(yīng)用程序中需要使用。完整說明參見glibc使用手冊，相應(yīng)的連接庫可以從編譯器的lib目錄下拷取。共一百零五頁（3）/lib目錄在etc 目錄包含很多文件。主要的子目錄如下。 /etc/rc 、/etc/rc.d 、/etc/rc*.d ：啟動、或改變運(yùn)行時運(yùn)行的scripts或scripts的目錄。 /etc/passwd ：用戶數(shù)據(jù)庫，其中的域給出了用戶名、真實(shí)姓名、家目錄、加密的口令和用戶的其他信息。 /etc/fstab :啟動時mount -a命令（在/etc/rc 或等效的啟動文件中）自動mount的文件系統(tǒng)列表。 /etc/inittab ：nit 的配置文件。 /

46、etc/login.defs ：login 命令的配置文件。 /etc/profile ：登錄時執(zhí)行的文件。系統(tǒng)管理員可為所有用戶建立全局缺省環(huán)境。 /etc/securetty ：確認(rèn)安全(nqun)終端，即哪個終端允許root登錄。 /etc/shells ：列出可信任的shell。chsh 命令允許用戶在本文件指定范圍內(nèi)改變登錄shell共一百零五頁4.2.3 使用(shyng)Busybox生成工具集Busybox在設(shè)計(jì)上就充分考慮了硬件資源受限的特殊工作環(huán)境，采用一種很巧妙的辦法減少自己的體積，即所有的命令都通過“插件”的方式集中到一個可執(zhí)行文件中,在實(shí)際應(yīng)用過程中通過不同(b tn

47、)的符號鏈接來確定到底要執(zhí)行哪個操作。采用單一執(zhí)行文件的方式最大限度地共享了程序代碼,甚至連文件頭、內(nèi)存中的程序控制塊等其他操作系統(tǒng)資源都共享了,對于資源比較緊張的系統(tǒng)來說,真是最合適不過了。在busybox的編譯過程中,可以非常方便地加減它的“插件”,最后的符號鏈接也可以由編譯系統(tǒng)自動生成。共一百零五頁1Busybox的配置和交叉編譯Busybox的編譯過程(guchng)與內(nèi)核的編譯過程(guchng)很接近，都是先make menuconfig進(jìn)行配置，然后在make進(jìn)行編譯。（1）從/downloads/下載busybox工具。這里選擇busybox-1.1.0.tar.bz2（注：交

48、叉編譯器用arm-linux-gcc 3.4.1/3.3.2）。（2）解壓busybox-1.1.0.tar.bz2，使用命令是：tar jxvf busybox-1.1.0.tar.bz2。（3）進(jìn)入busybox目錄，修改Makefile中的ARCH和CROSS_COMPILE，改成：ARCH ?= armCROSS_COMPILE ?= /usr/local/arm/3.4.1/bin/arm-linux-當(dāng)然CROSS_COMPILE可由開發(fā)者的編譯器位置決定。（4）Make menuconfig進(jìn)行配置，可以選擇靜態(tài)編譯，如果是動態(tài)編譯則要拷貝相應(yīng)的庫文件，默認(rèn)配置保存即可。共一百零

49、五頁圖4.3 配置(pizh)菜單共一百零五頁1. 選擇Busybox的編譯方式：Build Options Build BusyBox as a static binary (no shared libs) 缺省配置為使用(shyng)鏈接庫。2.配置交叉編譯器：Build Options* Do you want to build BusyBox with a Cross Compiler? （/usr/local/arm/3.4.1/bin/arm-linux-）Cross Compiler prefix 3.安裝路徑：Installation Options (./_install)

50、BusyBox installation prefix4.配置其他工具集：Archival Utilities CoreutilsConsole UtilitiesDebian UtilitieEditors共一百零五頁Finding UtilitiesInit UtilitiesLogin/Password Management UtilitiesMiscellaneous UtilitiesLinux Module UtilitiesNetworking UtilitiesProcess UtilitiesShells System Logging UtilitiesLinux Syste

51、m UtilitiesInit Utilities * init * Support reading an inittab file? * Support running init from within an initrd?共一百零五頁5. 配置其他工具集： Archival Utilities工具：tar、zip、unzip Coreutils常用命令：basename cat chgrp chmod date dd df echo env ln ls mkdir mknod mv pwd rm rmdir sleep sort sync wc whoami等等。 Editors編輯命令：

52、vi awk sed等。 Finding Utilities查找(ch zho)命令：find grep xargs Login/Password Management UtilitiesLogin：getty login passwd Networking Utilities網(wǎng)絡(luò)命令集：hostname ifconfig inetd netstat ping route Process Utilities 進(jìn)程命令：free ps sysctl top Shells shell工具：ash等共一百零五頁 System Logging Utilities 日志工具：syslogd klogd

53、Linux System Utilities 系統(tǒng)工具：dmesg fdisk getopt more mount umount（5）#make dep（6）#make（7）#make install之后，在busybox目錄(ml)下生成_install文件夾。其結(jié)構(gòu)（ _install ）為：/bin/linuxrc/sbin/usr/usr/bin/usr/sbin也可用make all install命令完成編譯。共一百零五頁2文件系統(tǒng)打包用Busybox配置和交叉編譯創(chuàng)建的根文件系統(tǒng)還需用cramfs工具對根文件系統(tǒng)進(jìn)行打包成root.cramfs文件。步驟如下。（1）從/cramf

54、s/下載cramfs工具。（2）解壓cramfs-1.1.tar.gz使用命令：tar zxvf cramfs-1.1.tar.gz。（3）進(jìn)入cramfs工具的根目錄執(zhí)行(zhxng)make。（4）Make后在cramfs工具的根目錄中就會生成一個mkcramfs文件，這就是根文件系統(tǒng)的打包工具。（5）打包，即執(zhí)行命令mkcramfs _install rootfs之后就可產(chǎn)生打包后的根文件系統(tǒng)root.cramfs。共一百零五頁4.2.4 根文件系統(tǒng)啟動(qdng)流程KERNEL起來之后，將運(yùn)行第一個進(jìn)程init，實(shí)際上執(zhí)行的為Busybox的/sbin/init。init的工作是根據(jù)

55、/etc/inittab腳本來進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，其格式和命令的含義如下(rxi)：:runlevels:action:processsysinit ：指定運(yùn)行的第一個程序/腳本。respawn ：如果process字段指定的進(jìn)程不存在，則啟動該進(jìn)程，init不等待處理結(jié)束，而是繼續(xù)掃描inittab文件中的后續(xù)進(jìn)程，當(dāng)這樣的進(jìn)程終止時，init會重新啟動它，如果這樣的進(jìn)程已存在，則什么也不做。ctrlaltdel ：指定在用戶按下Ctrl-Alt-Del時執(zhí)行的命令。shutdown ：當(dāng)系統(tǒng)關(guān)機(jī)時，執(zhí)行相應(yīng)的進(jìn)程。restart ：當(dāng)init重新啟動時，執(zhí)行相應(yīng)的進(jìn)程，通常此處所執(zhí)行的進(jìn)程就

56、是init本身。askfirst ：類似respawn，不少系統(tǒng)上執(zhí)行的終端應(yīng)用程序的數(shù)量。共一百零五頁注意：加上“-”的語句會在登錄終端之后調(diào)用/etc/目錄下的profile文件(wnjin)，而不加“-”的不會執(zhí)行這個腳本。/etccat inittab:sysinit:/etc/init.d/rcS:respawn:-/bin/sh:restart:/sbin/inittty2:askfirst:-/bin/sh:ctrlaltdel:/bin/umount -a r:shutdown:/bin/umount -a r:shutdown:/sbin/swapoff a共一百零五頁這個i

57、nittab執(zhí)行下列動作功能如下：（1）將/etc/init.d/rcS設(shè)置成系統(tǒng)的初始化文件。（2）一直啟動shell。（3）在虛擬終端上啟動askfirst動作的shell。（4）如果init重新啟動，將/sbin/init設(shè)置成它會執(zhí)行的程序。（5）告訴init，在系統(tǒng)關(guān)機(jī)或重啟的時候執(zhí)行umount命令卸載所有文件系統(tǒng)，并且在卸載失敗時用只讀模式?jīng)_新安裝以保護(hù)文件系統(tǒng)。init進(jìn)程運(yùn)行(ynxng)腳本是/etc/init.d/rcS，在rcS中掛載文件系統(tǒng)，并且執(zhí)行腳本/usr/etc/rc.local；在rc.local中繼續(xù)設(shè)置，最后運(yùn)行用戶的啟動運(yùn)行腳本init.sh。登錄終端

58、之前運(yùn)行腳本/etc/profile。共一百零五頁4.3Linux內(nèi)核(ni h)及啟動過程 Linux系統(tǒng)實(shí)際上由兩個比較獨(dú)立的部分組成，即內(nèi)核部分和系統(tǒng)部分。通常一個Linux系統(tǒng)的啟動過程如下：首先一個不隸屬于任何操作系統(tǒng)的加載程序?qū)inux部分內(nèi)核調(diào)入內(nèi)存，并將控制權(quán)交給內(nèi)存中Linux內(nèi)核的第一行代碼，加載程序的工作就完成了。此后Linux要將自己的剩余部分全部加載到內(nèi)存、初始化所有的設(shè)備、在內(nèi)存中建立好所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（有關(guān)進(jìn)程、設(shè)備、內(nèi)存等）。到此為止，Linux內(nèi)核的工作告一段落，內(nèi)核已經(jīng)控制了所有硬件設(shè)備。至于操作和使用這些硬件設(shè)備，則是系統(tǒng)部分任務(wù)。內(nèi)核加載設(shè)備并啟動ini

59、t守護(hù)進(jìn)程，init守護(hù)進(jìn)程會根據(jù)配置(pizh)文件加載文件系統(tǒng)、配置(pizh)網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)進(jìn)程、終端等。也就是說，內(nèi)核部分初始化并控制大部分硬件設(shè)備，為內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、設(shè)備讀、寫等工作做好一切準(zhǔn)備；系統(tǒng)部分加載必需的設(shè)備，配置(pizh)各種環(huán)境以便用戶可以使用整個系統(tǒng)。共一百零五頁4.3.1 Linux內(nèi)核(ni h)結(jié)構(gòu)Linux內(nèi)核主要由五個子系統(tǒng)組成：進(jìn)程調(diào)度，內(nèi)存管理，虛擬文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)接口，進(jìn)程間通信。 進(jìn)程調(diào)度（SCHED）：控制進(jìn)程對CPU的訪問。當(dāng)需要選擇下一個進(jìn)程運(yùn)行時，由調(diào)度程序選擇最值得運(yùn)行的進(jìn)程。可運(yùn)行進(jìn)程實(shí)際上是僅等待CPU資源的進(jìn)程，如果某個進(jìn)程在等待其它

60、資源，則該進(jìn)程是不可運(yùn)行進(jìn)程。Linux使用了比較簡單的基于優(yōu)先級的進(jìn)程調(diào)度算法選擇新的進(jìn)程。 內(nèi)存管理（MM）：允許多個進(jìn)程安全的共享主內(nèi)存區(qū)域。Linux的內(nèi)存管理支持虛擬內(nèi)存，即在計(jì)算機(jī)中運(yùn)行的程序，其代碼、數(shù)據(jù)、堆棧的總量可以超過實(shí)際內(nèi)存的大小，操作系統(tǒng)只是把當(dāng)前使用的程序塊保留在內(nèi)存中，其余的程序塊則保留在磁盤中。必要時，操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)在磁盤和內(nèi)存間交換程序塊。內(nèi)存管理從邏輯上分為硬件(yn jin)無關(guān)部分和硬件(yn jin)有關(guān)部分。硬件(yn jin)無關(guān)部分提供了進(jìn)程的映射和邏輯內(nèi)存的對換；硬件(yn jin)相關(guān)的部分為內(nèi)存管理硬件(yn jin)提供了虛擬接口。共一百零五