北航國(guó)家課程嵌入式系統(tǒng)-實(shí)驗(yàn)3 linux內(nèi)核在arm平臺(tái)上的移植

LINUX內(nèi)核在arm平臺(tái)上的移植牛建偉鄒琪嵌入式系統(tǒng)課程——實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)內(nèi)容BootloaderLinux內(nèi)核實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈈ootloader及其作用，了解Linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)。掌握配置和編譯Linux系統(tǒng)內(nèi)核的方法以及移植嵌入式Linux的基本步驟。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在Linux系統(tǒng)的宿主PC下，修改裁減內(nèi)核源碼，編譯生成bootloader、內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)。在Windows系統(tǒng)的宿主PC下，燒寫bootloader、內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)。（帶U盤）嵌入式Linux系統(tǒng)構(gòu)成引導(dǎo)加載程序(armboot,blob,redboot,vivi,U-Boot)啟動(dòng)加載模式（正常工作模式），下載模式內(nèi)核文件系統(tǒng)用戶應(yīng)用程序（有時(shí)還包括嵌入式圖形用戶界面）內(nèi)核根文件系統(tǒng)Bootloader啟動(dòng)參數(shù)Bootloader介紹引導(dǎo)加載程序bootloader是系統(tǒng)加電后運(yùn)行的第一段代碼，它完成整個(gè)系統(tǒng)的加載啟動(dòng)任務(wù)。在基于ARM的嵌入式系統(tǒng)中，系統(tǒng)在上電或復(fù)位時(shí)通常都從地址0x00000000處開始執(zhí)行，而在這個(gè)地址處放的通常就是系統(tǒng)的bootloader。通過(guò)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(gè)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。Bootloader的啟動(dòng)流程第一個(gè)階段主要包括依賴于CPU的體系結(jié)構(gòu)硬件初始化的代碼，通常用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。這個(gè)階段的任務(wù)有：◆基本的硬件設(shè)備初始化（屏蔽所有中斷、關(guān)閉處理器內(nèi)部指令/數(shù)據(jù)cache等）◆為第二階段準(zhǔn)備RAM空間◆如果是從某個(gè)固態(tài)存儲(chǔ)媒質(zhì)中，則復(fù)制Bootloader的第二階段代碼到RAM◆設(shè)置堆棧◆跳轉(zhuǎn)到第二階段的C程序入口點(diǎn)第二個(gè)階段通常用C語(yǔ)言完成，以便實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，也使程序有更好的可讀性和移植性。這個(gè)階段的任務(wù)有：◆初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備◆檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)存映射◆將內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像從flash讀到RAM◆為內(nèi)核設(shè)置啟動(dòng)參數(shù)◆啟動(dòng)內(nèi)核（將控制交給內(nèi)核）Linux內(nèi)核介紹目前專門針對(duì)嵌入式設(shè)備的Linux改版有針對(duì)無(wú)MMU的uClinux和針對(duì)有MMU的標(biāo)準(zhǔn)Linux在各硬件體系結(jié)構(gòu)上的移植版本。uClinux是通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)Linux內(nèi)核裁減，去除虛擬內(nèi)存管理部分的代碼，并對(duì)內(nèi)存分配進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到提高系統(tǒng)運(yùn)行效率的目的。因此uClinux的應(yīng)用程序開發(fā)要求用戶自己正確的處理內(nèi)存管理，一旦錯(cuò)誤地修改了其他進(jìn)程的內(nèi)存，將可能造成系統(tǒng)死機(jī)?；谙馎RM2410這樣的ARM9內(nèi)核的ARM-Linux使用了MMU的內(nèi)存管理，對(duì)進(jìn)程有保護(hù)，提高了嵌入式系統(tǒng)中多進(jìn)程的保護(hù)能力。使用戶應(yīng)用程序的可靠性得以提高，降低了用戶的開發(fā)難度。Linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)/arch目錄，包含了體系結(jié)構(gòu)相關(guān)部分的內(nèi)核代碼，如i386arm等平臺(tái)，而每個(gè)平臺(tái)又包括以下幾個(gè)目錄：boot：包括啟動(dòng)內(nèi)核所用的部分或全部代碼

kernel：存放支持體系結(jié)構(gòu)特有的特征的實(shí)現(xiàn)lib：存放高速的體現(xiàn)結(jié)構(gòu)特有的通用函數(shù)的實(shí)現(xiàn)

mm：存放體系結(jié)構(gòu)特有的內(nèi)存管理程序的實(shí)現(xiàn)/drivers目錄，保存了內(nèi)核中所有設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。/fs目錄，列出了Linux支持的所有文件系統(tǒng)的代碼，如ntfsext3和yaffs等/include目錄，包括編譯核心所需要的大部分頭文件，例如與平臺(tái)無(wú)關(guān)的頭文件在include/linux子目錄下。不同的平臺(tái)需要的頭文件會(huì)有所不同，因此該目錄和arch目錄一樣，按平臺(tái)劃分多個(gè)子目錄，如asm-arm是arm平臺(tái)的。Linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)（續(xù)）/init目錄，包含了內(nèi)核的初始化代碼，有

兩個(gè)文件。/ipc目錄，包含了核心進(jìn)程間的通信代碼。/kernel目錄，內(nèi)核管理的核心代碼在此，與處理器結(jié)構(gòu)相關(guān)的代碼都在arch/*/kernel目錄下。/lib目錄，包括與平臺(tái)無(wú)關(guān)的通用函數(shù)。/mm目錄，包含了所有的內(nèi)存管理代碼。與具體硬件體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的內(nèi)存管理代碼位于arch/*/kernel目錄下。/net目錄，里面是核心的網(wǎng)絡(luò)部分代碼，其每個(gè)子目錄對(duì)應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)方面。其他目錄，Documentation目錄存放了許多文檔。scripts目錄存放配置內(nèi)核的一些腳本文件。Linux內(nèi)核移植1Linux內(nèi)核的移植主要包含啟動(dòng)代碼的修改，內(nèi)核的鏈接及裝入，參數(shù)傳遞，內(nèi)核引導(dǎo)幾個(gè)部分。我們?cè)谝浦补ぷ髦幸膭?dòng)的代碼主要集中在與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)部分。在/arch/arm/boot/bootp目錄中，有個(gè)的ARM匯編文件，它就是引導(dǎo)Linux內(nèi)核在arm平臺(tái)上啟動(dòng)的初始化代碼。它里面定義了一個(gè)全局符號(hào)_start，它定義了默認(rèn)的起始地址，同時(shí)它也是整體內(nèi)核二進(jìn)制鏡像的起始標(biāo)志。主要完成以下功能：◆定義數(shù)據(jù)、代碼段、bbs(未初始化數(shù)據(jù)段)起始地址變量并對(duì)bbs段初始化◆設(shè)置寄存器以初始化系統(tǒng)硬件◆關(guān)閉中斷◆初始化LCD顯示◆將數(shù)據(jù)段復(fù)制到內(nèi)存◆跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核起始函數(shù)start_kernel繼續(xù)執(zhí)行◆對(duì)主寄存器的修改/****Copyright(C)2000RussellKing**Thisprogramisfreesoftware;youcanredistributeitand/ormodify*itunderthetermsoftheGNUGeneralPublicLicenseversion2as*publishedbytheFreeSoftwareFoundation.**Headerfileforsplittingkernel+initrd.Notethatwepass*r0throughtor3straightthrough.*/ .section.start,#alloc,#execinstr .type _entry,#function_entry: adr r10,initdata ldr r11,initdata sub r11,r10,r11 @workoutexecoffset b splitify .size _entry,.-_entry .type initdata,#objectinitdata: .word initdata @compiledaddressofthis .size initdata,.-initdata .textsplitify: adr r13,data ldmia r13!,{r4-r6} @movetheinitrd add r4,r4,r11 @correction bl move ldmia r13!,{r4-r6} @thenthekernel mov r12,r5 add r4,r4,r11 @correction bl move/**Setuptheinitrdparameterstopasstothekernel.Thiscaneitherbe*passedinviaaparam_structorataglist.Wespottheparam_struct*methodbylookingatthefirstword;thisshouldeitherindicateapage*sizeof4K,16Kor32K.*/ ldmia r13,{r4-r8} @getsizeandaddrofinitrd @r5=ATAG_INITRD @r6=initrdstart @r7=initrdend @r8=param_structaddress ldr r9,[r8,#0] @noparamstruct? teq r9,#0x1000 @4K? teqne r9,#0x4000 @16K? teqne r9,#0x8000 @32K? beq param_struct ldr r9,[r8,#4] @getfirsttag teq r9,r4 bne taglist @ok,wehaveataglist/**Wedidn'tfindavalidtaglist-createone.*/ str r4,[r8,#4] mov r4,#8 str r4,[r8,#0] mov r4,#0 str r4,[r8,#8]/**findtheendofthetaglist,andthenaddanINITRDtagontheend.*IfthereisalreadyanINITRDtag,thenweignoreit;thelastINITRD*tagtakesprecidence.*/taglist: ldr r9,[r8,#0] @taglength teq r9,#0 @lasttag? addne r8,r8,r9 bne taglist mov r4,#16 @lengthofinitrdtag mov r9,#0 @endoftaglistterminator stmia r8,{r4,r5,r6,r7,r9} mov pc,r12 @callkernel/**Wefoundaparamstruct.Modifytheparamstructfortheinitrd*/param_struct: add r8,r8,#16*4 stmia r8,{r6,r7} @saveinparam_struct mov pc,r12 @callkernelmove: ldmia r4!,{r7-r10} @move32-bytesatatime stmia r5!,{r7-r10} ldmia r4!,{r7-r10} stmia r5!,{r7-r10} subs r6,r6,#8*4 bcs move mov pc,lrdata: .word initrd_start .word initrd_addr .word initrd_len .word kernel_start .word kernel_addr .word kernel_len .word 0x54410001 @r4=ATAG_CORE .word 0x54420005 @r5=ATAG_INITRD .word initrd_addr @r6 .word initrd_len @r7 .word params @r8 .type kernel_start,#object .type initrd_start,#objectLinux內(nèi)核移植2修改根目錄下的Makefile，指定目標(biāo)平臺(tái)和交叉編譯器ARCH:=arm

CROSS_COMPILE=/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-修改/arch/arm下的Makefile，手動(dòng)增加下面內(nèi)容：ifeq($(CONFIG_ARCH_S3C2410),y)TEXTADDR =0xC0008000MACHINE =s3c2410endif

TEXTADDR決定內(nèi)核起始運(yùn)行地址，從0xC0008000開始32M的空間修改/arch/arm下，makemenuconfig菜單中，在版本內(nèi)核中沒(méi)有S3C2410處理器，需要加相關(guān)信息：if["$CONFIG_ARCH_S3C2410"="y"];thencomment'S3C2410Implementation'dep_bool'SMDK(MERITECHBOARD)'CONFIG_S3C2410_SMDK$CONFIG_ARCH_S3C2410

"$CONFIG_ARCH_S3C2400"="y"-o"$CONFIG_ARCH_S3C2410"="y"-o\Linux內(nèi)核移植3還有以下文件需要修改，具體細(xì)節(jié)在此不一一列出，請(qǐng)查閱相關(guān)資料arch/arm/boot/Makefilearch/arm/boot/compressed/Makefilearch/arm/def-configs目錄中復(fù)制配置好的config文件arch/arm/kernel/Makefilearch/arm/kernel/debug-arch/arm/kernel/entry-arch/arm/kernel/arch/arm/mm/mm-arch/arm/math-s3c2410目錄在版內(nèi)核中沒(méi)有，這里都是C語(yǔ)言編寫的程序，是用戶自己添加的有關(guān)開放板上USB、電源管理等功能的相關(guān)代碼。實(shí)驗(yàn)步驟1以下步驟在Linux下完成◆將所需文件copy到工作目錄

[m@RHEL~]$cp-r/arm2410s/exp/bootloader//root/embedded◆編譯生成bootloadervivi在/exp/bootloader/vivi/目錄下包含有vivi的源文件在終端下鍵入makemenuconfig，出現(xiàn)vivi的配置菜單，可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)vivi的功能進(jìn)行添加修改，默認(rèn)的是適合本開發(fā)板的。然后鍵入make命令，會(huì)自動(dòng)在當(dāng)前目錄下生成可用的bootloader文件vivi實(shí)驗(yàn)步驟2◆裁減Linux內(nèi)核進(jìn)入源代碼所在的/root/embedded/kernel-2410s/目錄在終端下鍵入makemenuconfig，出現(xiàn)內(nèi)核配置菜單，可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)內(nèi)核的功能進(jìn)行添加修改，默認(rèn)的是針對(duì)本開發(fā)板定制的選項(xiàng)。為了配合下次驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)驗(yàn)，在配置內(nèi)核時(shí)，請(qǐng)將觸摸屏驅(qū)動(dòng)的選項(xiàng)設(shè)置為[M],在makemenuconfig中位置如下：

Characterdevices>Mice>

<M>UP-NETARM2410touchscreenforADS7843support實(shí)驗(yàn)步驟3◆編譯Linux內(nèi)核在./kernel-2410s/目錄下，執(zhí)行以下幾條命令：makeclean這條命令是在正式編譯內(nèi)核之前把環(huán)境清理干凈，保證沒(méi)有不正確的.o文件存在。makedep這條命令是編譯相關(guān)依賴文件makezImage這條命令就是最終的編譯命令。生成的內(nèi)核文件zImage將會(huì)在/kernel-2410s/arch/arm/boot/目錄下實(shí)驗(yàn)步驟4◆編譯生成根文件系統(tǒng)首先將，/root/embedded/develop//目錄下面的兩個(gè)文件mkcramfs和拷貝到/develop/目錄下。然后，將/develop/目錄下的文件解壓 tarjxf 在/root/embedded/develop/目錄下生成了一個(gè)名為root的目錄在/root/embedded/下建立img目錄來(lái)存放將會(huì)生成的文件在/root/embedded/develop/目錄下執(zhí)行命令./，生成根文件系統(tǒng)為/root/embedded/img/目錄下的。實(shí)驗(yàn)步驟5以下步驟在windows下完成◆格式化flash首先將步驟1至4生成的文件vivi、zImage和通過(guò)局域網(wǎng)samba服務(wù)器或U盤傳到旁邊的windows主機(jī)下，將此臺(tái)PC通過(guò)串口和開發(fā)板相連。Samba服務(wù)器的使用和網(wǎng)上鄰居類似將redhat的IP地址改到網(wǎng)段[root@RHEL~]ifconfigeth0add192.168.1.$機(jī)器號(hào)打開超級(jí)終端，設(shè)置好相關(guān)參數(shù)：波特率為115200，數(shù)據(jù)位8，無(wú)奇偶校驗(yàn)，停止位為1，無(wú)數(shù)據(jù)流控制。啟動(dòng)開發(fā)板，按除了Enter外的任意鍵進(jìn)入vivi，按照以下命令格式化flash，重新分區(qū)。－注意下面的數(shù)字

vivi>bonpart0128k192k1216k4288k:m64704k實(shí)驗(yàn)步驟6◆燒寫vivi這時(shí)已格式化flash，運(yùn)行的是RAM中的vivi，注意不要重啟或斷電丟失數(shù)據(jù),否則會(huì)造成無(wú)法啟動(dòng)開發(fā)板。在超級(jí)終端下輸入：vivi>loadflashvivix回車此時(shí)超級(jí)終端提示：ReadyfordownloaddingusingxmodemWaiting…$$$點(diǎn)擊超級(jí)終端任務(wù)欄上“傳送”下拉菜單中的“發(fā)送文件”，選擇Xmodem，選擇鏡像文件vivi，點(diǎn)擊“發(fā)送”。燒寫完成后，可以重啟開發(fā)板，重新進(jìn)入新的vivi>來(lái)燒寫kernel和root了。實(shí)驗(yàn)步驟7◆燒寫內(nèi)核映像zImage在超級(jí)終端下輸入：vivi>loadflashkernelx回車此時(shí)超