ARM在嵌入式linux內(nèi)核裁剪與移植的應(yīng)用

微處理器用一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理器。這些電路執(zhí)行控制部件和算術(shù)邏輯部件的功能。微處理器與傳統(tǒng)的中央處理器相比，具有體積小，重量輕和容易模塊化等優(yōu)點(diǎn)。微處理器的基本組成部分有：寄存器堆、運(yùn)算器、時(shí)序控制電路，以及數(shù)據(jù)和地址總線(xiàn)。微處理器能完成取指令、執(zhí)行指令，以及與外界存儲(chǔ)器和邏輯部件交換信息等操作，是微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算控制部分。它可與存儲(chǔ)器和外圍電路芯片組成微型計(jì)算機(jī)。但這些專(zhuān)用操作系統(tǒng)都是商業(yè)化產(chǎn)品，其高昂的價(jià)格使許多低端產(chǎn)品的小公司望而卻步；而且，源代碼封閉性也大大限制了開(kāi)發(fā)者的積極性。而Linux的開(kāi)放性，使得許多人都認(rèn)為L(zhǎng)inux非常適合多數(shù)Intemet設(shè)備。Linux操作系統(tǒng)可以支持不同的設(shè)備和不同的配置。Linux對(duì)廠商不偏不倚，而且成本極低，因而很快成為用于各種設(shè)備的操作系統(tǒng)。嵌入式linux是大勢(shì)所趨，其巨大的市場(chǎng)潛力與醞釀的無(wú)限商機(jī)必然會(huì)吸引眾多的廠商進(jìn)入這一領(lǐng)域。

1 嵌入式linux操作系統(tǒng)

Linux是一類(lèi)Unix計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的統(tǒng)稱(chēng)。Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核的名字也是"Linux".Linux操作系統(tǒng)也是自由軟件和開(kāi)放源代碼發(fā)展中最著名的例子。嚴(yán)格來(lái)講，Linux這個(gè)詞本身只表示Linux內(nèi)核，但在實(shí)際上人們已經(jīng)習(xí)慣了用Linux來(lái)形容整個(gè)基于Linux內(nèi)核，并且使用GNU工程各種工具和數(shù)據(jù)庫(kù)的操作系統(tǒng)。Linux得名于計(jì)算機(jī)業(yè)余愛(ài)好者LinuSTorvalds.Linux的程序源碼全部公開(kāi)，任何人都可以根據(jù)自己的需要裁剪內(nèi)核，以適應(yīng)自己的系統(tǒng)。文章以將linux移植到ARM920T內(nèi)核的s3c2410處理器芯片為例，介紹了嵌入式linux內(nèi)核的裁剪以及移植過(guò)程，文中介紹的基本原理與方法技巧也可用于其它芯片。

2 內(nèi)核移植過(guò)程

2.1 建立交叉編譯環(huán)境

在一種計(jì)算機(jī)環(huán)境中運(yùn)行的編譯程序，能編譯出在另外一種環(huán)境下運(yùn)行的代碼，我們就稱(chēng)這種編譯器支持交叉編譯。這個(gè)編譯過(guò)程就叫交叉編譯。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是在一個(gè)平臺(tái)上生成另一個(gè)平臺(tái)上的可執(zhí)行代碼。這里需要注意的是所謂平臺(tái)，實(shí)際上包含兩個(gè)概念：體系結(jié)構(gòu)（Architecture）、操作系統(tǒng)（Operating System）。同一個(gè)體系結(jié)構(gòu)可以運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)；同樣，同一個(gè)操作系統(tǒng)也可以在不同的體系結(jié)構(gòu)上運(yùn)行。舉例來(lái)說(shuō)，我們常說(shuō)的x86 Linux平臺(tái)實(shí)際上是Intel x86體系結(jié)構(gòu)和Linux for x86操作系統(tǒng)的統(tǒng)稱(chēng)；而x86 WinNT平臺(tái)實(shí)際上是Intel x86體系結(jié)構(gòu)和Windows NT for x86操作系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)。

交叉編譯交叉編譯呢，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是在一個(gè)平臺(tái)上生成另一個(gè)平臺(tái)上的可執(zhí)行代碼。這里需要注意的是所謂 平臺(tái)，實(shí)際上包含兩個(gè)概念：體系結(jié)構(gòu)（Architecture）、操作系統(tǒng)（Operating System）。同一個(gè)體系結(jié)構(gòu)可以運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)；同樣，同一個(gè)操作系統(tǒng)也可以在不同的體系結(jié)構(gòu)上運(yùn)行。

交叉編譯器完整的安裝涉及到多個(gè)軟件安裝，最重要的有binutils、gcc、glibc三個(gè)。其中，binutils主要用于生成一些輔助工具；gcc則用來(lái)生成交叉編譯器，主要生成arm-linux-gcc交叉編譯工具；glibc主要是提供用戶(hù)程序所使用的一些基本的函數(shù)庫(kù)。

自行搭建交叉編譯環(huán)境通常比較復(fù)雜，而且很容易出錯(cuò)。本文使用的是開(kāi)發(fā)板自帶的交叉編譯器，即CROSS一3.3.4.交叉編譯器，該編譯只需將光盤(pán)中的arm-linux一3.3.4.bar.bz2用tar ixvf arm-linux一3.3.4.bar.bz2命令解壓到/usr/local/arm下即可。

2.2 修改Makefile

Makefile文件Makefile一個(gè)工程中的源文件不計(jì)數(shù)，其按類(lèi)型、功能、模塊分別放在若干個(gè)目錄中，makefile定義了一系列的規(guī)則來(lái)指定，哪些文件需要先編譯，哪些文件需要后編譯，哪些文件需要重新編譯，甚至于進(jìn)行更復(fù)雜的功能操作，因?yàn)閙akefile就像一個(gè)Shell腳本一樣，其中也可以執(zhí)行操作系統(tǒng)的命令。

修改內(nèi)核目錄樹(shù)根下的Makefile時(shí)，可先指明交叉編譯器。設(shè)計(jì)時(shí)，可向Makefile中添加如下內(nèi)容：

ARCH ?=arm

CROSS_COMPILE?=arm-linux-然后設(shè)置PATH環(huán)境變量，使其可以找到其交叉編譯工具鏈，然后運(yùn)行vi~/.bashrc,再添加如下內(nèi)容：

export PATH=/usr/local/arln-linux一3.4.4/bin:$PATH

2.3 設(shè)置Flash分區(qū)

此處一共要修改3個(gè)文件，分別如下：

（1）在arch/arm/machS3C2410/devs.c文件中添加如下內(nèi)容：

#include<linux/mtd/partitiONs.h>

#include<linux/mtd/nand.h>

#include<asm/arch/nand.h>

然后再建立Nand flash分區(qū)表；同時(shí)建立Nand F1ash芯片支持，最后加入Nand FLASH芯片并支持到Nand Flash驅(qū)動(dòng)。

另外，還要修改arch/arm/machs3c2410/devs.C文件中的s3c_device_nand結(jié)構(gòu)體變量，同時(shí)添加對(duì)dev成員的賦值。

（2）指定啟動(dòng)時(shí)初始化

內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)，可以依據(jù)對(duì)分區(qū)的設(shè)置進(jìn)行初始配置，然后修改arch/am4mach-s3c2410/machsmdk2410.e文件下的smdk2410_devices[],指明初始化時(shí)包括在前面所設(shè)置的flash分區(qū)信息，并添加如下語(yǔ)句：

&s3c_device_nand,

（3）禁止Flash ECC校驗(yàn)

內(nèi)核一般都是通過(guò)UBOOT寫(xiě)到Nand Flash的。UBOOT則通過(guò)軟件ECC算法來(lái)產(chǎn)生ECC校驗(yàn)碼，這與內(nèi)核校驗(yàn)的ECC碼不一樣，內(nèi)核中的ECC碼是由S3C2410中Nand Flash控制器產(chǎn)生的。所以，這里選擇禁止內(nèi)核ECC校驗(yàn)。

修改drivers/mtd/nand/s3c2410.C 下的s3c2410_nand_init_chip （）函數(shù)，可在該函數(shù)體最后加上如下一條語(yǔ)句：

chip->eccmode=NAND_ECC_NONE;

3 內(nèi)核配置過(guò)程

3.1 支持啟動(dòng)時(shí)掛載devfs

為了使內(nèi)核支持devfs以及在啟動(dòng)且在/sbin/init運(yùn)行之前能自動(dòng)掛載/dev為devfs文件系統(tǒng)，應(yīng)修改fs/Keonfig文件，找到menu"Pseudo filesystems"并添加如下語(yǔ)句：

3.2 配置內(nèi)核產(chǎn)生。config文件

Linux內(nèi)核裁減的配置菜單命令有好幾個(gè)配置方法，這幾個(gè)方法實(shí)現(xiàn)的功能類(lèi)似，只是與用戶(hù)的交互界面不同。其中：

make config是基于文本的、最為傳統(tǒng)的配置界面，可進(jìn)入命令行；

make menuconfig是基于文本菜單的配置界面；

make xconfig是基于圖形窗口模式的配置界面，在Xwindow下推薦使用該界面。

在這3種方法中，make menuconfig使用最為廣泛，這里選用的是make menuconfig的配置方法。相應(yīng)的配置有三種選擇，它們分別代表的含義如下：

"Y":將該功能編譯進(jìn)內(nèi)核；

"N":不將該功能編譯進(jìn)內(nèi)核；

"M":將該功能編譯成可以在需要時(shí)動(dòng)態(tài)插入到內(nèi)核中的模塊。

運(yùn)行make menuconfig時(shí)，在smdk2410_defeonfig基礎(chǔ)上，其所增刪的內(nèi)核配置項(xiàng)如下：

（1）增加對(duì)模塊的支持

　　Loadable module support--->

　　[*]Enable loadable module support

　　[*]Automatic kernel module loading

　　System Type-->

4 內(nèi)核編譯與下載

4.1 內(nèi)核編譯

編譯內(nèi)核時(shí)，可運(yùn)行以下命令：其一是#make clean,即清理環(huán)境，保證沒(méi)有不正確的依賴(lài)文件存在；二是#make dep,即將內(nèi)核源碼樹(shù)中每個(gè)子目錄產(chǎn)生的".depend"文件建立起依賴(lài)關(guān)系；三是#make zImage,用于建立壓縮的linux內(nèi)核映像。

4.2 下載zImage到開(kāi)發(fā)板

下載zImage到開(kāi)發(fā)板的方法很多，常見(jiàn)的有網(wǎng)絡(luò)下載（如FTP、TFTP等方式）、串口下載、USB下載等。本文采用FTP方式來(lái)移植Linux內(nèi)核映像文件到目標(biāo)機(jī)NAND FLASH中。代碼如下：

CRANE2410#tftp 0x30008000 zImage至此，該嵌入式Linux的編譯和移植工作便告全部完成。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以將linux移植到ARM920T內(nèi)核的s3c2410處理器芯片為例，介紹了嵌入式linux內(nèi)核裁剪以及移植的過(guò)程，并對(duì)移植中的關(guān)鍵技術(shù)和重要步驟給出了詳細(xì)的說(shuō)明。移植后的Linux系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)板上運(yùn)行穩(wěn)定，性能良好。本文的操作過(guò)程對(duì)嵌入式Linux系統(tǒng)在其它處理器上的移植也具有參考意義。