在MIPS開發(fā)板上建立Linux系統(tǒng)及開發(fā)環(huán)境
介紹了利用已有的MIPS版Linux源文件包，編譯可運(yùn)行的Linux內(nèi)核的方式；討論了在主機(jī)上建立相關(guān)服務(wù)器，通過NFS服務(wù)從主機(jī)上下載內(nèi)核，在無盤開發(fā)板上啟動Linux的方法。
關(guān)鍵詞：MIPS NFS 啟動Linux
一、引言
大多數(shù)基于MIPS處理器的平臺上都沒有提供軟、硬盤接口，一般情況下，也沒有在板載Flash里燒入可使用的操作系統(tǒng)。沒有操作系統(tǒng)，用戶的使用就會受到很多限制，應(yīng)用程序的開發(fā)、調(diào)試過程就會變得相當(dāng)復(fù)雜。因此，建立合適的操作系統(tǒng)及開發(fā)環(huán)境，可以方便用戶，簡化開發(fā)調(diào)試過程。本文以RedHat Linux 為例，說明在RM7000A處理器無盤開發(fā)板上建立Linux系統(tǒng)的方法。所用硬件設(shè)備：帶有10/100Mb以太網(wǎng)接口和用于顯示的串口的開發(fā)板、裝有Redhat Linux 9.0的主機(jī)（Host PC）。如圖1：
二、編譯內(nèi)核
l 準(zhǔn)備工作
編譯前，需要有MIPS處理器版的Linux源文件包，簡單的方法是從MIPS公司或者SGI公司等的FTP服務(wù)器上下載（ftp://ftp.mips.com/pub/linux 或ftp://oss.sgi.com 或ftp://ftp.linux-mips.org/linux/mips ）。另外，由于所用主機(jī)是x86體系，要編譯在MIPS處理器上運(yùn)行的內(nèi)核，需要有能在x86處理器上工作的交叉編譯工具；為了使Linux啟動后，可以在開發(fā)板上直接開發(fā)應(yīng)用程序，還需要MIPS版的NFS根目錄結(jié)構(gòu)包，它包括了Linux運(yùn)行需要的目錄結(jié)構(gòu)、配置文件、工具等等。同樣，根目錄結(jié)構(gòu)包和工具包也可在上述網(wǎng)站的服務(wù)器上下載。下載根目錄結(jié)構(gòu)包和交叉編譯工具時，要注意選擇與開發(fā)板設(shè)置的數(shù)據(jù)格式（高序Big Endian或低序Little Endian）一致的版本。
獲得源文件包、根目錄結(jié)構(gòu)包文件后，將其解壓至指定目錄，如分別指定為：/tftpboot和/tftpboot/mips，包內(nèi)文件和子目錄就全部展開在相應(yīng)目錄中；
對于rpm格式的工具包文件，可在終端窗口用命令行方式展開：
rpm –ihv toolchain-mips-*.rpm
交叉編譯工具自動安裝到/usr/tools的目錄下。進(jìn)入/tftpboot/linux目錄，打開Makefile文件，更改以下語句為：
ARCH=mips
CROSS_COMPILE=/usr/tools/bin/mips-linux-
l 配置工作
接下來，是對編譯能否順利通過至關(guān)重要的配置過程。所謂配置，就是根據(jù)開發(fā)板具體情況，只選擇必需選項，使重編譯的內(nèi)核既提供所需要的功能，又占據(jù)最小存儲空間。由于Linux系統(tǒng)各功能模塊之間存在不同程度的依賴關(guān)系，配置過程中有可能會破壞這些關(guān)聯(lián)；因此配置完成后不一定能通過關(guān)聯(lián)檢測，可能需要反復(fù)地進(jìn)行配置取舍。
配置過程需要注意：
1． 數(shù)據(jù)格式與開發(fā)板的設(shè)置和交叉編譯工具一致，才能生成正確的內(nèi)核；
2． 設(shè)置正確的處理器，以及相近的開發(fā)板類型；
3． 需提供對標(biāo)準(zhǔn)串口的支持和通過串口顯示的功能；
4． 由于編譯內(nèi)核的主機(jī)不是MIPS處理器，所以一定要設(shè)置CROSSCOMPILE項；
5． 因為要通過網(wǎng)絡(luò)下載內(nèi)核來啟動，對PCI設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的支持必不可少，此外，在網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)中還要選擇NFS_FS和ROOT_NFS選項；
以上為配置基本選項，其余功能可根據(jù)開發(fā)板具體情況取舍。配置步驟如下：
cd /tftpboot/linux -- 進(jìn)入目錄/tftpboot/linux
make config -- 進(jìn)行行命令配置
make dep -- 關(guān)聯(lián)檢測
l 編譯內(nèi)核
如果無出錯提示，表明配置正確，可以編譯內(nèi)核：
make boot
編譯完成后在/tftpboot/linux和/tftpboot/linux/arch/mips/boot中都會出現(xiàn)不同格式的內(nèi)核映像文件vmlinux、及System.map文件。
三、設(shè)置主機(jī)服務(wù)
1． 設(shè)置TFTP服務(wù)器
在RedHat Linux安裝CD3中找到tftp文件包：tftp-0.32-4.i386.rpm，在終端輸入： rpm –ihv tftp-0.32-4.i386.rpm，系統(tǒng)自動安裝好tftp服務(wù)器；
cd /etc/xinetd.d -- 進(jìn)入目錄/etc/xinetd.d
vi tftp --只有在安裝了tftp服務(wù)后，才會出現(xiàn)tftp文件
修改其中disable和server_args項，其余可保持不變。以下為一個完整的tftp文件：
Service tftp
{
socket_type = dgram
protocol = udp
wait = yes
user = root
server =/usr/sbin/in.tftpd
server_args = -s /tftpboot/linux -- 根據(jù)需要設(shè)置tftp服務(wù)默認(rèn)目錄
disable = no -- 默認(rèn)為yes，應(yīng)修改成no
per_source = 11
cps = 100 2
flags = IPv4
}
2． 設(shè)置DHCP服務(wù)器
在RedHat Linux安裝CD2中找到dhcp文件包：dhcp-3.0pl1-23.i386.rpm，在終端輸入： rpm –ihv dhcp-3.0pl1-23.i386.rpm，系統(tǒng)自動安裝好dhcp服務(wù)器；
cd /etc -- 進(jìn)入目錄/etc
vi dhcpd.conf -- 建立文件dhcpd.conf
在dhcpd.conf文件中寫入內(nèi)容如下：
ddns-update-style interim;
ignore client-updates;
subnet 192.168.0.0 netmask 255.255.255.0 {
option routers 192.168.0.10;
option subnet-mask 255.255.255.0;
option domain-name “LocalHost”;
option domain-name-server 192.168.0.10;
option time-offset 18000;
range dynamic-bootp 192.168.0.1 192.168.0.15;
default-lease-time 21600;
max-lease-time 43200;
}
其中，192.168.0.10為主機(jī)ip地址；192.168.0.1～192.168.0.15為dhcp服務(wù)可動態(tài)分配的ip有效地址范圍；
3． 設(shè)置NFS服務(wù)器
cd /etc -- 進(jìn)入目錄/etc
vi exports -- 打開exports文件
添加語句：/tftpboot/mips *(rw,sync,no_root_squash)，
此語句設(shè)置主機(jī)上的目錄/tftpboot/mips為客戶機(jī)通過NFS服務(wù)可訪問的根目錄，并且任何客戶機(jī)的訪問都被視為是主機(jī)root身份，對/tftpboot/mips目錄具有讀寫功能。這樣設(shè)置是為了方便以后在開發(fā)板上的開發(fā)與調(diào)試工作。
4． 啟動服務(wù)
在RedHat Linux9.0程序啟動欄里，系統(tǒng)設(shè)置—〉服務(wù)器設(shè)置—〉服務(wù)，選上dhcpd、tftp、xinetd、nfs、portmap服務(wù)選項，點擊開始或者重新開始來啟動dhcp、tftp、nfs服務(wù)。其中tftp服務(wù)要通過啟動xinetd才能工作。
四、通過NFS服務(wù)在開發(fā)板上啟動Linux系統(tǒng)
1．設(shè)置minicom
minicom是一個RedHat Linux9.0自帶的通信終端程序，通過minicom可以設(shè)置、監(jiān)視串口工作狀態(tài)，接收、顯示串口收到的信息，并且在主機(jī)和開發(fā)板之間傳遞數(shù)據(jù)和控制指令，從而實現(xiàn)通過主機(jī)上調(diào)試開發(fā)板的目的。以下的操作都是通過主機(jī)鍵盤在minicom窗口里進(jìn)行的。
在主機(jī)上打開一個終端窗口，啟動minicom，設(shè)置主機(jī)串口：波特率9600、數(shù)據(jù)位8位、停止位1位、奇偶校驗位無、數(shù)據(jù)流控制無；保存設(shè)置后，重新啟動minicom。這時minicom處于工作狀態(tài)；
2． 開發(fā)板加電
開發(fā)板上有一個512KB ROM，燒有bootloarder – pmon2000，加電后自動完成處理器、緩存、內(nèi)存控制器、網(wǎng)絡(luò)控制器等初始化工作；同時pmon2000擁有少量行命令集，用于啟動后對內(nèi)存的讀寫校驗、板載Flash的擦寫、ip設(shè)置、串口設(shè)置以及跟主機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，包括上傳、下傳文件，接收主機(jī)下達(dá)指令等等。
開發(fā)板加電后，minicom窗口顯示初始化信息；啟動完成，顯示pmon>；
3．啟動Linux
加載內(nèi)核：pmon>boot 192.168.0.10:vmlinux
pmon2000內(nèi)部命令boot通過網(wǎng)絡(luò)，將主機(jī)上位于NFS根目錄/tftpboot/mips下可執(zhí)行的vmlinux映像文件，加載到內(nèi)存，顯示入口地址（Entry point）；
啟動Linux：pmon>g ./root=/dev/nfs nfsroot=/tftpboot/mips ip=dhcp
g為執(zhí)行載入文件的命令；其后的參數(shù)，是傳遞給內(nèi)核的有關(guān)根目錄的信息，通過NFS訪問主機(jī)的客戶機(jī)（開發(fā)板），其ip由主機(jī)dhcp服務(wù)動態(tài)分配。pmon2000將內(nèi)核拷貝到內(nèi)存空間，隨后將控制權(quán)交給內(nèi)核，由其完成系統(tǒng)的啟動。在啟動完成登錄行出現(xiàn)時，輸入：root，即可進(jìn)入運(yùn)行于開發(fā)板上的Linux系統(tǒng)。由于操作系統(tǒng)是在內(nèi)存里運(yùn)行的，斷電后，要重復(fù)步驟2、3，重新載入內(nèi)核后才能再次啟動Linux。
4．應(yīng)用舉例
前面設(shè)置了客戶機(jī)具有對根目錄/tftpboot/mips的完全控制功能，因此可以在客戶機(jī)上（minicom窗口中）直接編寫、編譯、調(diào)試程序。這時所使用的編譯調(diào)試工具是安裝在主機(jī)/tftpboot/mips/usr/bin目錄里，根目錄結(jié)構(gòu)包自帶的MIPS版GNU gcc、g++、gdb、ld等等；程序編譯完成可直接運(yùn)行，不需要在主機(jī)用交叉編譯工具編譯后，再切換到客戶機(jī)下載運(yùn)行，這樣提高了開發(fā)效率。
在開發(fā)板上（minicom窗口），
cd /home
mkdir test -- 在/home目錄里建立一個test子目錄，實際上是建在主機(jī)的/tftpboot/mips/home下
cd test
vi hello.c -- 用vi編寫一個名為hello的c語言程序
gcc –o hello hello.c -- 編譯產(chǎn)生可執(zhí)行文件hello.o
./hello -- 執(zhí)行該文件
至此，可以看見程序運(yùn)行結(jié)果。
五、結(jié)束語
文中所編譯出來的內(nèi)核文件vmlinux占空間?。?.9MB），功能有限，需要與主機(jī)配合才能發(fā)揮作用。在實際的應(yīng)用中，有可能要加入更多的功能、服務(wù)，比如：http服務(wù)、ftp服務(wù)、mail服務(wù)、對GUI的支持等等，內(nèi)核的占據(jù)空間必然增大，因此,設(shè)計時在功能和資源之間就要有所取舍。另外，系統(tǒng)實際應(yīng)用中不一定帶有網(wǎng)絡(luò)，可能是一個獨(dú)立的系統(tǒng)，此時內(nèi)核必須放在系統(tǒng)自身的存儲單元里（DOC、IDE硬盤、CF卡等）。因此，有必要進(jìn)一步研究能夠直接從存儲單元啟動操作系統(tǒng)的技術(shù)。
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