《電子技術(shù)應(yīng)用》
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Linux內(nèi)核在S3C2410上移植的研究
山西電子技術(shù)
荀艷麗
摘要: 以研究將Linux內(nèi)核移植到嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)為目的,描述了Linux-2.4.18.-rm7-pxal移植到S3C2410處理器目標(biāo)板上的方法,。詳細(xì)介紹了Linux內(nèi)核移植方法與步驟,,并說明了如何搭建移植環(huán)境,。結(jié)果表明,,該方法簡單實用,達(dá)到了預(yù)定目標(biāo),。
Abstract:
Key words :

嵌入式系統(tǒng)就是以應(yīng)用為中心,,以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的軟、硬件可裁剪,,適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能,、可靠性,、成本、體積,、功耗等嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng),。Linux操作系統(tǒng)是一種性能優(yōu)良、源碼公開且被廣泛應(yīng)用的免費(fèi)操作系統(tǒng),,由于其體積小,,可裁減,運(yùn)行速度高等優(yōu)點,,因此可以作為研究嵌入式操作系統(tǒng)和非實時操作系統(tǒng)的典范,。EL-ARM-830+型教學(xué)實驗系統(tǒng)是一種綜合的教學(xué)實驗系統(tǒng),該系統(tǒng)采用了ARM92 0T核,,32位微處理器,,實現(xiàn)了多模塊的應(yīng)用實驗。在實驗板上有豐富的外圍擴(kuò)展資源,,可以完成ARM的基礎(chǔ)實驗,、算法實驗和數(shù)據(jù)通信實驗、以太網(wǎng)實驗,。

1 Linux的實驗環(huán)境搭建
1.1 Redhat9.0操作系統(tǒng)的安裝
安裝Redhat9.0前,,先把串口配置好,這是建立Linux系統(tǒng)和試驗箱之間的串口通信,。配置完以后在啟動Linux系統(tǒng)時點擊全屏,,這樣做的目的是讓Linux系統(tǒng)占取網(wǎng)絡(luò)資源。點擊VM→setting在彈出的窗口點擊左下角的Add按鈕,,此時選擇serial Port,,依次點擊“下一步”,直到配置完串口,。
1.2 配置NFS網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)
首先在Linux主機(jī)的終端上執(zhí)行setup,,彈出菜單界面后,選中Firewall configuration,,回車,,進(jìn)入系統(tǒng)服務(wù)選項菜單,選擇no firew all關(guān)閉防火墻(如果安裝了防火墻),,按空格鍵就會選中,,然后退出。但是,,setup里面會照樣顯示防火墻設(shè)置是high的,,這個可以不必理會。之后選中System services,,回車,,進(jìn)入系統(tǒng)服務(wù)選項菜單,,在其中選中[*]nfs,然后按F12鍵退出,,再選擇方向鍵,,退出setup界面,返回到命令提示符下,。利用編輯器打開/etc/exports文件(輸入命令vi/etc/exports),按A進(jìn)入文本輸入模式,,將這個默認(rèn)的空文件修改為只有如下一行內(nèi)容:
/(rw)
/home/nfs
然后,,保存退出(按ESC鍵進(jìn)入命令模式,輸入:進(jìn)入到最后行模式,,輸入wq!保存退出),,之后改變目錄到/etc/rc.d/init.d/下(輸入命令cd/etc/rc.d/init.d/),執(zhí)行如下命令:
./nfs start
終端內(nèi)輸出:
Starting NFS services:[確定]
Starting NFS quotas:[確定]
Starting NFS daemon:[確定]
Starting NFS mountd:[確定]
(1)安裝交叉編譯器,。打開Linux系統(tǒng)下的終端,,在里面輸入命令cd/linuette/RPMS/改變目錄到/linuette/RPMS下,輸入如下命令:
#rpm-UVh*.rpm
等待系統(tǒng)安裝,,如果所有的RPMS內(nèi)的文件全部正確安裝,,將會在根目錄下的/opt文件夾內(nèi)生成一個host文件夾,交叉編譯庫就在該目錄下,,到此交叉編譯環(huán)境就搭建好了,。
(2)用交叉網(wǎng)線連接主機(jī)和實驗系統(tǒng)。在Linux的開始菜單里啟動終端,,在終端[root@localhost root]#minicom-s回車,,按S鍵選擇Seri al Port setup回車,彈出串行口設(shè)置界面,,按A鍵編輯Serial Device:/dev/ttys0回車,;按E鍵,再按I鍵,,回車,,選擇為Bps/Par/Bit s:115200 8N1回車;按F鍵,,選擇Hardware Flow Control:No,。設(shè)置完后回車,然后用上下選擇鍵,,選中Modem and dialing,,將Initstri ng,Reset string,,Hang-up string設(shè)置為空,,再選中Save setup as df1這一項,,回車,保存為默認(rèn)的配置,,下次進(jìn)入minicom時就不用再設(shè)置了,。用上下選擇鍵選中Exit回車退出設(shè)置,進(jìn)入minicom,。
(3)Linux系統(tǒng)下網(wǎng)絡(luò)設(shè)置,。點擊左下角的小紅帽,選擇系統(tǒng)設(shè)置一網(wǎng)絡(luò),,然后雙擊設(shè)備eth0的藍(lán)色區(qū)域,,進(jìn)入以太網(wǎng)設(shè)置界面,在靜態(tài)設(shè)置IP地址欄下面輸入與宿主機(jī)一個網(wǎng)段的IP地址,、網(wǎng)關(guān)及子網(wǎng)掩碼,,確定后激活網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
(4)Ping通主機(jī)和實驗系統(tǒng),。在minicom下,,給系統(tǒng)上電,系統(tǒng)正常起來后,,利用ifconfig eth0 xxx.xxx.xxx.xxx來改變實驗系統(tǒng)的IP地址,,讓該地址的前三段和主機(jī)的前三段一致,最后的一段,,可以選擇與主機(jī)不重復(fù)的小于255的任意值,。利用mount命令,掛載主機(jī)的nfs系統(tǒng)下的共享目錄,。
利用命令chmod 777/home/nfs改變/home/nfs文件夾的屬性,,讓其變?yōu)榭勺x可寫,輸入mount-onolock 192.168.0.1:/home/n fs/mnt/yaffs回車,,即可完成把主機(jī)上的/home/nfs下的文件掛載到實驗系統(tǒng)的/mnt/yaffs目錄下,。

2 BootLoder引導(dǎo)程序的移植
在嵌入式系統(tǒng)中,BootLoader的作用與PC機(jī)上的BIOS類似,,通過.BootlLoader可以完成對系統(tǒng)板上的主要部件如CPU,,SDRAM,F(xiàn)LASH,、串行口等進(jìn)行初始化,,也可以下載文件到系統(tǒng)板上,對FLASH進(jìn)行擦除與編程,。當(dāng)運(yùn)行操作系統(tǒng)時,,它會在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行,通過它,,可以分配內(nèi)存空間的映射,,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)準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。因此,,正確建立Linux移植的前提條件是具備一個與Linux配套,、易于使用的Boot Loader,它能夠正確完成硬件系統(tǒng)的初始化和Linux的引導(dǎo),。
系統(tǒng)使用的BootLoader是VIVI,。VIVI是CPU加電后運(yùn)行的第一段程序,其基本功能是初始化硬件設(shè)備,,建立內(nèi)存空問的映射圖,,從而為調(diào)用嵌入式Linux內(nèi)核做好準(zhǔn)備。為能夠?qū)崿F(xiàn)正確引導(dǎo)Linux系統(tǒng)的運(yùn)行,,以及當(dāng)編譯完內(nèi)核后,快速下載內(nèi)核和文件系統(tǒng),,VIVI首先通過串口下載內(nèi)核和文件系統(tǒng),,當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行起來后,網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動正常運(yùn)行后,,VIVI就通過網(wǎng)口下載內(nèi)核和文件系統(tǒng),。同時,它也具有功能較為完善的命令集,,對系統(tǒng)的軟硬件資源進(jìn)行合理的配置與管理,。

當(dāng)上電或復(fù)位后,VIVI啟動,,位于NANDFLASH中的前4 KB程序便從NANDFLASH中由S3C2410自動拷貝到一個叫SteppingStone的4 KB的內(nèi)部RAM中,,該RAM之后被映射到地址0x00處。此時,,也就是VIVI前4 KB代碼開始運(yùn)行,,進(jìn)行第一階段的硬件初始化,主要工作為:關(guān)Watchdog Timer,,關(guān)中斷,,初始化PLL和時鐘主頻設(shè)定,初始化存儲器控制器,。VIVI初始化的主要內(nèi)容:
VIVI初始化階段一(在/arch/s3C2410/head.s文件內(nèi)):
硬件初始化
配置串口
復(fù)制自身到SDRAM中(跳轉(zhuǎn)到C代碼入口函數(shù))
VIVI初始化階段二(在/init/main.c文件內(nèi)):
對硬件系統(tǒng)繼續(xù)初始化
內(nèi)存映射初始化,、內(nèi)存管理單元MMU初始化
初始化堆
初始化mtd設(shè)備
初始化私有數(shù)據(jù)
初始化內(nèi)置命令
啟動VIVI

3 Linux內(nèi)核的移植
3.1 內(nèi)核移植
實驗系統(tǒng)運(yùn)行的Linux版本是針對2.4.18進(jìn)行移植的Linux-2.4.18.-rm7-pxal版本。本實驗是把該移植好的內(nèi)核,,讓它如何在自己的硬件系統(tǒng)上正常的運(yùn)轉(zhuǎn)起來,。
Linux內(nèi)核主要由5個子系統(tǒng)組成:進(jìn)程調(diào)度子系統(tǒng)、進(jìn)程間通信子系統(tǒng),、內(nèi)存管理子系統(tǒng),、虛擬文件系統(tǒng)子系統(tǒng),、網(wǎng)絡(luò)接口子系統(tǒng)。
(1)設(shè)置目標(biāo)平臺和指定交叉編譯器:在最上層的根目錄/Makefile文件中,,首先要指定所移植的硬件平臺,,以及所使用的交叉編譯器。改為如下:
ARCH:=arm
CROSS_COMPILE=/opt/host/armv41/bin/armv41-unknown-Linux-
也就是說,,所移植的硬件平臺是ARM,,所使用的交叉編譯器是存放在目錄/opt/host/armv41/bin/下的armv41-unknown-Linux-xxx等工具。
(2)arch/arm目錄下Makefile修改,。系統(tǒng)的啟動代碼是通過這個文件產(chǎn)生的,。在Linux-2.4.18內(nèi)核中要添加如下代碼:
ifeq(MYM(CONFIG_ARCH_S3C2410),y)
TEXTADDR =0 xC0008000
MACHINE =s3c2410
endif
這里TEXTADDR確定內(nèi)核開始運(yùn)行的虛擬地址,。
(3)arch/arm目錄下config.in修改,。配置文件config.in能夠配置運(yùn)行“make menuconfig”命令時的菜單選項,由于2.4.18內(nèi)核中沒有S3C2410的相關(guān)信息,,所以要在該文件中進(jìn)行有效的配置,。
(4)arch/arm/boot目錄下Makefile修改。編譯出來的內(nèi)核存放在該目錄下,,這里指定內(nèi)核解壓到實際硬件系統(tǒng)上的物理地址,。要根據(jù)實際的硬件系統(tǒng)修改解壓后,內(nèi)核開始運(yùn)行實際的物理地址,。
(5)arch/arm/boot/compressed目錄下Makefile修改,。該文件從vmLinux中創(chuàng)建一個壓縮的vmlinuz鏡像文件。該文件中用到的SYSTE M,,ZTEXTADDR,,ZBSSADDR和ZRELADDR是從arch/arm/boot/Makefile文件中得到的。添加如下代碼:
ifeq(MYM(CONFIG_ARCH_S3C2410),,y)
OBJS+=head-s3c2410.o
Endif
(6)arch/arm/boot/compressed目錄下添加head-s3c2410.s,。該文件主要用來初始化處理器。
(7)arch/arm/def-configs目錄下添加配置好的S3C2410的配置文件,。
(8)arch/arm/kernel目錄下Makefile修改,。該文件主要用來確定文件類型的依賴關(guān)系。
(9)arch/arm/kernel目錄下的文件debug-armv.s修改,。在該文件中添加如下代碼,,目的是關(guān)閉外圍設(shè)備的時鐘,以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行,。
(10)arch/arm/kernel目錄下的文件entry-armv.s修改,,CPU初始化時處理中斷的匯編代碼。
(11)arch/arm/ram目錄下的相關(guān)文件。那里面則是移植好的有關(guān)arm的內(nèi)存管理代碼,。
(12)arch/arm/mach-s3c2410目錄下的相關(guān)文件,。
那里面則是針對s3c2410這款處理器編寫的所需代碼。
3.2 制作cramfs文件系統(tǒng)
利用工具軟件MKCRAMFS制作cramfs文件系統(tǒng),,MKCRAMFS工具在/實驗軟件/tools/目錄下,,該文件系統(tǒng)是一個只讀壓縮的文件系統(tǒng),文件系統(tǒng)類型可以是ext2,,ext3等,。這里提供的一個系統(tǒng)目錄是root_tech,它里面包含將來要用到的所有文件,,它在/實驗軟件/source_ code/的目錄內(nèi),,為root.tar.bz2。把制作工具和root_tech放在同一個文件夾下并對root.tar.bz2進(jìn)行解壓,,在終端下切換到那個文件夾目錄下使用命令MKCRAMFS root_tech rootfs.cramfs,,就可把root_tech制作成文件名為rootfs.cramfs的只讀的壓縮的cramfs文件系統(tǒng)了。系統(tǒng)啟動后,,內(nèi)核將把它加載到內(nèi)存中,,解壓。

4 結(jié)語
本文針對一個特定的目標(biāo)平臺,,提供了構(gòu)建一個基本嵌入式Linux系統(tǒng)的過程與方法,。對Linux 2.4內(nèi)核版本進(jìn)行裁減,、移植,,編譯生成的內(nèi)核在S3C2410處理器的目標(biāo)板上成功運(yùn)行,且保留了Linux原有的工作穩(wěn)定的特點,。將Linux操作系統(tǒng)移植于嵌入式系統(tǒng)中作為嵌入式系統(tǒng)的底層研發(fā)平臺是一個復(fù)雜的問題,,移植后系統(tǒng)的實時性、穩(wěn)定性,、安全性和精簡程度等方面問題還需要在以后的設(shè)計中進(jìn)一步研究,。

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