第20章 Linux內核移植

第20章Linux內核移植20.1Linux內核移植要點20.2平臺相關代碼結構20.3建立目標平臺工程框架20.4建立目標平臺代碼框架20.5構建目標板代碼20.1Linux內核移植要點移植Linux系統(tǒng)包括內核、程序庫和應用程序，其中最主要的就是內核移植。Linux本身對內存管理（MMU）有很好的支持。一個硬件平臺最主要的是處理器，因此在移植之前需要了解目標平臺的處理器。下面介紹一下移植Linux內核對硬件平臺需要考慮的幾個問題。1．目標平臺目標平臺包括了嵌入式處理器和周圍器件，處理器可能整合了一些周圍器件，如中斷控制器、定時器、總線控制器等。在移植之前需要確定被移植系統(tǒng)對外部設備和總線的支持情況。2．內存管理單元（MMU）在使用MMU的硬件平臺上，操作系統(tǒng)通過MMU可以向應用程序提供大于實際物理內存的地址空間，使應用程序獲得更高性能。Linux的虛擬內存管理功能就是借助MMU實現的。在移植的時候要考慮目標平臺的MMU操作機制，這部分代碼是較難理解的，最好能在相似代碼基礎上修改，降低開發(fā)難度。3．內存映射嵌入式系統(tǒng)大多都沒有配備硬盤，外部存儲器只有Flash，并且系統(tǒng)內存也非常有限。內存控制器（MemoryController）負責內部和外部存儲器在處理器地址空間的映射，由于硬件預設的地址不同導致每種平臺內存映射的地址也不同。在移植時需要參考硬件的用戶手冊，得到內存地址的映射方法。4．存儲器由于嵌入式系統(tǒng)多用Flash存儲器作為存儲裝置。對于文件系統(tǒng)來說，在PC流行的ext2、ext3文件系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)無法發(fā)揮作用。幸好Linux支持許多文件系統(tǒng)，針對Flash存儲器可以使用JFFS2文件系統(tǒng)。在移植的時候，不必要的文件系統(tǒng)都可以裁剪掉。20.2平臺相關代碼結構Linux內核代碼結構與平臺相關的代碼主要存放在arch目錄下，對應的頭文件在include目錄下。以ARM平臺為例，在arch目錄下有一個arm子目錄，存放所有與ARM體系有關的內核代碼。移植內核到新的平臺主要任務是修改arch目錄下對應體系結構的代碼。一般來說，已有的體系結構提供了完整的代碼框架，移植只需要按照代碼框架編寫對應具體硬件平臺的代碼即可。在編寫代碼過程中，需要參考硬件的設計包括圖紙、引腳連線、操作手冊等。20.3建立目標平臺工程框架Linux內核2.6版本已經對ARM處理器有很好的支持，并且對三星公司的S3C2440提供一定支持。但是，嵌入式硬件系統(tǒng)的差別很大，移植Linux內核到新的開發(fā)板仍然需要修改或者增加針對特定硬件的代碼。Linux內核使用了復雜的工程文件結構，向內核添加新的代碼文件需要讓內核工程文件知道才行。對于ARM處理器來說，相關的文件都存放在arch/arm目錄下：boot目錄Kconfig文件Makefile文件20.3.1加入編譯菜單項修改arch/arm/mach-s3c2410/Kconfig文件，在endmenu之前加入下面的內容：87configARCH_MINI2440

//開發(fā)板名稱宏定義88bool"mini2440"

//開發(fā)板名稱89selectCPU_S3C2440

//開發(fā)板使用的處理器類型90help91SayYhereifyouareusingthemini2440.

//幫助信息20.3.2設置宏與代碼文件的對應關系在設置宏與代碼文件對應關系之前，首先建立一個空的代碼文件。在arch/arm/mach-s3c2410目錄下建立mach-mini2440.c文件，用于存放與mini2440開發(fā)板相關的代碼。建立mach-mini2440.c文件后，修改arch/arm/mach-s3c2410/Makefile文件，在文件最后加入mach-mini2440.c文件的編譯信息：43obj-$(CONFIG_ARCH_MINI2440)+=mach-mini2440.o20.3.3測試工程框架工程框架配置修改完畢后，需要進行簡單的測試，根據測試結果判斷框架是否搭建成功。回到內核代碼頂層目錄，輸入makeARCH=armCROSS_COMPILE=arm-linux-menuconfig命令，出現內核設置圖形界面。在內核配置界面選擇LoadanAlternateConfigurationFile菜單，進入后輸入“arch/arm/configs/s3c2410_defconfig”命令，確定后會加載s3c2410默認的配置文件。20.4建立目標平臺代碼框架20.4.1ARM處理器相關結構20.4.2建立machine_desc結構20.4.3加入處理函數20.4.4加入定時器結構20.4.5測試代碼結構20.4.1ARM處理器相關結構首先打開arch/arm/kernel/vmlinux.lds文件，找到815行，代碼如下：815ASSERT((__proc_info_end-__proc_info_begin),"missingCPUsupport")在arch/arm目錄下搜索__proc_info_begin標號。打開kernel/vmlinux.lds.S文件查看：在ARM體系代碼中，使用machine_desc結構描述與處理器相關的代碼。20.4.2建立machine_desc結構53MACHINE_START(MINI2440,"MINI2440")

//定義結構名稱54.phys_ram=S3C2410_SDRAM_PA,

//物理內存起始地址55.phys_io=S3C2410_PA_UART,

//物理端口起始地址56.io_pg_offst=(((u32)S3C24XX_VA_UART)>>18)&0xfffc,57.boot_params=S3C2410_SDRAM_PA+0x100,

//啟動參數存放地址5859.init_irq=mini2440_init_irq,

//中斷初始化函數60.map_io=mini2440_map_io,

//I/O端口內存映射函數61.init_machine=mini2440_init,

//初始化函數62

.timer=&s3c24xx_timer,

//定時器63MACHINE_END20.4.3加入處理函數在mach-mini2440.c文件中加入MINI2440結構指定的幾個函數，定義如下：52void__init

mini2440_init_irq(void)

//中斷初始化函數53{54}5556void__init

mini2440_init(void)

//處理器初始化函數57{58}5960void__init

mini2440_map_io(void)

//I/O端口映射初始化函數61{62}20.4.4加入定時器結構在MINI2440結構定義中，使用了一個名為s3c24xx_timer的sys_timer結構變量，該變量定義在arch/arm/mach-s3c2410/timer.c文件定義如下：252structsys_timers3c24xx_timer={253.init=s3c2410_timer_init,

//定時器初始化函數254.offset=s3c2410_gettimeoffset,

//讀取定時器延時255.resume=s3c2410_timer_setup

//恢復定時器256};20.4.5測試代碼結構回到內核源代碼根目錄，執(zhí)行makeARCH=armCROSS_COMPILE=arm-linux-bzImage開始編譯內核。這次編譯沒有出錯信息，會得到正確的編譯結果。查看arch/arm/boot目錄已經有目標文件Image.gz，表示已經編譯生成運行于ARM處理器的內核。到目前為止，已經可以編譯工作在ARM處理器上的代碼，但是內核代碼還不能啟動，因為還沒有加入實際的代碼，在20.5節(jié)中將介紹如何加入目標平臺相關的代碼。20.5構建目標板代碼20.5.1處理器初始化20.5.2端口映射20.5.3中斷處理20.5.4定時器處理20.5.5編譯最終代碼20.5.1處理器初始化首先在mach-mini2440.c文件中加入處理器初始化代碼如下：56void__initmini2440_init(void)57{58set_s3c2410ts_info(&mini2440_ts_cfg);

//注冊觸摸屏結構59set_s3c2410udc_info(&mini2440_udc_cfg);

//注冊UDC結構60set_s3c2410fb_info(&mini2440_lcdcfg);

//注冊LCD結構61}在mini2440_init()函數中注冊了3個結構，分別用于初始化觸摸屏、UDC和LCD，這3個結構都是針對三星ARM9處理器的。在mini2440_udc_cfg結構中使用了一個pullup回調函數。20.5.2端口映射端口映射函數設置S3C2440處理器的I/O端口描述結構、時鐘頻率、串口等，代碼如下：150void__initmini2440_map_io(void)151{152s3c24xx_init_io(mini2440_iodesc,ARRAY_SIZE(mini2440_iodesc));

//初始化I/O結構153s3c24xx_init_clocks(12000000);

//設置時鐘頻率154s3c24xx_init_uarts(mini2440_uartcfgs,ARRAY_SIZE(mini2440_uartc

fgs));

//設置串口結構155s3c24xx_set_board(&mini2440_board);

//設置開發(fā)板結構156s3c_device_nand.dev.platform_data=&bit_nand_info;157}20.5.3中斷處理內核提供了一個s3c24xx_init_irq()處理函數，因此中斷處理函數直接引用即可。186void__initmini2440_init_irq(void)187{188s3c24xx_init_irq();

//調用系統(tǒng)提供的中斷處理函數189}20.5.4定時器處理內核提供了一個定時器處理函數結構如下。structsys_timers3c24xx_timer={.init

=s3c2410_timer_init,

//定時器初始化函數.offset

=s3c2410_gettimeoffset,

//獲取定時器值.resume

=s3c2410_timer_setup

//恢復定時器設置};在代碼中直接使用s3c24xx_timer結