嵌入式系統(tǒng)是一個專用的計算機系統(tǒng),。該系統(tǒng)以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁減,，但對功能,、可靠性、成本等都有嚴格的要求,。今天,，一些專用系統(tǒng)需要處理大量的信息，由于傳統(tǒng)的計算機系統(tǒng)很難實現(xiàn)硬件可裁減,，因而已經(jīng)不能滿足專用系統(tǒng)的需要,。伴隨著我國汽車、家電等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用與開發(fā)已成為目前IT產(chǎn)業(yè)的一個新的熱點,。基于ARM的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā),，首先要解決的問題是嵌入式操作系統(tǒng)的移植,。Linux操作系統(tǒng)作為一種源代碼開放,、同時可支持多種處理器結(jié)構(gòu)的多任務(wù)操作系統(tǒng)，具有內(nèi)核小,、易裁剪,、可移植性好等優(yōu)點，是目前嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用與開發(fā)的主流操作系統(tǒng),。本文主要研究在ARM9平臺上搭建嵌入式Linux系統(tǒng)的實現(xiàn)方法,。

 

1 嵌入式Linux操作系統(tǒng)及特點

    目前，在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中,，52％的項目選擇Linux作為嵌入式操作系統(tǒng),，這與Linux自身的優(yōu)良特性有不可分割的關(guān)系。

     Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核源代碼開放,，并具有豐富的軟件資源,。不同的應(yīng)用領(lǐng)域可以根據(jù)需要對內(nèi)核進行修改，每一種通用程序在Linux都能找到,。在Linux上開發(fā)程序不需要從頭做起,，可以選擇一個類似的軟件進行二次開發(fā),，因而能夠低成本地開發(fā)出滿足自己需要的嵌入式系統(tǒng),。

    另外，Linux系統(tǒng)能支持多種硬件設(shè)備,，而且驅(qū)動豐富,，能支持多種主流硬件設(shè)備和最新硬件技術(shù)。隨著Linux的廣泛應(yīng)用,，許多芯片生產(chǎn)廠家也已經(jīng)開始為Linux提供驅(qū)動,，這為Linux在各種硬件平臺上的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

     Linux可支持多種體系結(jié)構(gòu),，具有較好的可移植性,。目前，Linux已經(jīng)移植到絕大多數(shù)硬件平臺上,，能夠支持ARM,、MIPS、LPHA,、SPARC等多種體系,，Linux支持幾乎所有流行的CPU。Linux具備一整套工具鏈,，容易建立嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和交叉運行環(huán)境,，可跨越嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中仿真工具的障礙。由于其符合IEEE POSIX．1標準,，因而應(yīng)用程序具有較好的可移植性,。

    Linux具有完善的網(wǎng)絡(luò)通信和文件管理機制。實際上，Linux從一開始就與網(wǎng)絡(luò)密不可分,，網(wǎng)絡(luò)是Linux的最為顯著的特征,。Linux具有ARM9上的嵌入式Linux系統(tǒng)移植的特性，從而保證了它支持所有標準因特網(wǎng)協(xié)議,，可以利用Linux的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧開發(fā)嵌入式TCP／IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧,。同時，Linux支持ext2,、fat16,、fat32、romfs等文件系統(tǒng),，從而為嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)打下了很好的基礎(chǔ),。

 

2 Linux在ARM平臺上的移植

2．1 SBC2410硬件平臺介紹

    SBC2410硬件平臺是具有基于ARM9處理器SBC2410A，可支持ARM—Linux,、WindowsCE等操作系統(tǒng)的嵌入式硬件平臺,。主要硬件資源有一片64 MB SDRAM，一片64 MBNandFlash,，一片1 MB Nor Flash,，一個串口COM0，一個USB Host A型接口,，一個USB Slave B型接口,，以及一個標準的JTAG接口等。

2．2 Linux在ARM平臺上的移植準備

    首先是要建立交叉編譯環(huán)境,。交叉編譯環(huán)境是一個由編譯器,、連接器和解釋器組成的綜合開發(fā)環(huán)境。交叉編譯工具主要包括編譯器gcc,，二進制工具binutils,，目標系統(tǒng)的標準c庫glibc和目標系統(tǒng)的Linux內(nèi)核頭文件。宿主機要選好做嵌入式開發(fā)的Linux操作系統(tǒng),，配置好網(wǎng)絡(luò),、NFS服務(wù)等。因為目標機沒有足夠的資源運行開發(fā)工具和調(diào)試工具,，所以要在宿主機上建立交叉編譯環(huán)境,，然后由交叉編譯工具生成可執(zhí)行二進制代碼(并不能在宿主機上運行)，再下載到目標板上調(diào)試和運行,。交叉編譯標準c環(huán)境的生成步驟包括以下四步：

    (1)獲得binutils,、gcc、glibc的源碼,；

    (2)配置編譯binutils,，得到匯編器和連接器,；

    (3)配置編譯gcc源碼，生成gcc編譯器,；

    (4)配置glibc編譯生成glibc的c庫函數(shù),。

2．3 引導(dǎo)程序移植bootloader

    引導(dǎo)程序bootloader是與體系結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)的部分，是操作系統(tǒng)內(nèi)核和應(yīng)用程序運行之前運行的一小段程序,，用于完成系統(tǒng)的啟動和加載,。它類似于PC機中的BIOS程序。bootloade嚴重依賴于硬件實現(xiàn),，一般在嵌入式系統(tǒng)中建立一個通用的bootloader是不可能的,。用戶必須自己編寫這一小段程序，從而完成硬件設(shè)備的初始化,，建立內(nèi)存空間的映射圖,，將系統(tǒng)的軟硬件帶到一個合適的狀態(tài)，為操作系統(tǒng)內(nèi)核的運行做準備,。

    通常bootloader移植分為兩步：

    第一步常用匯編語言實現(xiàn)依賴于CPU體系結(jié)構(gòu)的代碼,。主要包括硬件設(shè)備初始化；為加載bootloader準備RAM空間,；拷貝bootloader到RAM空間中,；設(shè)置好堆棧。

    第二步常用C語言來實現(xiàn),。即：初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備,；檢測系統(tǒng)內(nèi)存映射(memory map),；將kernel映像和根文件系統(tǒng)映像從flash上讀到ram空間中,；為內(nèi)核設(shè)置啟動參數(shù)；調(diào)用內(nèi)核,。圖1所示是bootloader的工作流程圖,。

2．4 內(nèi)核移植

    內(nèi)核移植首先應(yīng)當啟動操作系統(tǒng)，完成內(nèi)存管理,、任務(wù)調(diào)度,、進程管理、加載驅(qū)動程序,、網(wǎng)絡(luò)等功能,，然后執(zhí)行應(yīng)用程序或等待用戶命令。雖然各功能之間存在復(fù)雜的調(diào)度關(guān)系,，但由于Linux分層結(jié)構(gòu)的特點,，已將其中硬件相關(guān)的代碼獨立了出來，因此,，移植過程中只需要改動進程管理,、內(nèi)存管理和設(shè)備管理中與硬件相關(guān)的那部分代碼,。

    一般情況下，從官方網(wǎng)站上下載的內(nèi)核不能直接在硬件平臺上運行,，而要跟據(jù)具體的硬件平臺重新裁剪,、編譯內(nèi)核，并根據(jù)硬件平臺特性編寫相應(yīng)的硬件相關(guān)的代碼,，將Linux移植到硬件平臺,。對內(nèi)核代碼的修改包括以下部分：

    (1)修改內(nèi)核目錄樹根下的Makefile，找到ARCH和CROSS_COMPILE,，修改ARCH=arm,，CROSS_COMPILE=armlinux，然后設(shè)置PATH環(huán)境變量,，在文件bashrc中添加expor PATH=／usr／local／arm／3．4．4／bin：＄PATH,，使其可以找到交叉編譯工具鏈，然后重新登陸,。

    (2)設(shè)置flash分區(qū),，修改arch／arm／machSBC2410／devs．c用以指明分區(qū)信息，該文件的內(nèi)容建立nand flash分區(qū)表,；修改arch／arm ／machSBC2410／machsmdk2410．c文件指定啟動時初始化,，并在kernel啟動時依據(jù)對分區(qū)的設(shè)置進行初始配置。在Linux源文件目錄下,，執(zhí)行makemenuconfig命令,，配置內(nèi)核產(chǎn)生config文件，選擇處理器類型為SBC2410,，選擇串口驅(qū)動設(shè)備,，完成后保存config文件。

    在完成內(nèi)核的裁減之后,，執(zhí)行命令make clean,，編譯內(nèi)核之前先把環(huán)境給清理干凈，也可以用makerealclean或makemrproper來徹底清除相關(guān)依賴,，保證沒有不正確的文件存在,，最后將zimage下載到開發(fā)板。

 

3 結(jié)語

    經(jīng)過移植,，Uboot和Linux在SBC2410平臺就能運行,，在此基礎(chǔ)上，還可以進一步開發(fā)各類驅(qū)動程序及應(yīng)用軟件,。用串口線將SBC2410和PC機相連,，通過超級終端可以看到移植成功。系統(tǒng)成功啟動后,，就可以進入根文件系統(tǒng),。本文通過分析Linux的特點和移植方法,，總結(jié)出了一種基于ARM的Linux系統(tǒng)移植的方法，并實現(xiàn)了Linux系統(tǒng)內(nèi)核在SBC2410處理器平臺上的移植,。