Linux內(nèi)核在S3C2410上移植的研究

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(shí)用，達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；Linux；S3C2410；移植

    嵌入式系統(tǒng)就是以應(yīng)用為中心，以計(jì)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(jì)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(diǎn)，因此可以作為研究嵌入式操作系統(tǒng)和非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的典范。EL-ARM-830+型教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一種綜合的教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了ARM92 0T核，32位微處理器，實(shí)現(xiàn)了多模塊的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)板上有豐富的外圍擴(kuò)展資源，可以完成ARM的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、算法實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)通信實(shí)驗(yàn)、以太網(wǎng)實(shí)驗(yàn)。

1 Linux的實(shí)驗(yàn)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(yàn)箱之間的串口通信。配置完以后在啟動Linux系統(tǒng)時(shí)點(diǎn)擊全屏，這樣做的目的是讓Linux系統(tǒng)占取網(wǎng)絡(luò)資源。點(diǎn)擊VM→setting在彈出的窗口點(diǎn)擊左下角的Add按鈕，此時(shí)選擇serial Port，依次點(diǎn)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(xiàng)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(gè)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(xiàng)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(gè)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(gè)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(shí)驗(yàn)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(xiàng)，回車，保存為默認(rèn)的配置，下次進(jìn)入minicom時(shí)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(diǎn)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(gè)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)，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(gè)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(gè)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(shí)，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。[!--empirenews.page--]
    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(gè)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(shí)，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(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(gè)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(gè)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(shí)的菜單選項(xiàng)，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(shí)際硬件系統(tǒng)上的物理地址。要根據(jù)實(shí)際的硬件系統(tǒng)修改解壓后，內(nèi)核開始運(yùn)行實(shí)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(gè)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(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)軟件／tools／目錄下，該文件系統(tǒng)是一個(gè)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(gè)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(shí)驗(yàn)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(gè)文件夾下并對root．tar．bz2進(jìn)行解壓，在終端下切換到那個(gè)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(gè)特定的目標(biāo)平臺，提供了構(gòu)建一個(gè)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(diǎn)。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(gè)復(fù)雜的問題，移植后系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(jì)中進(jìn)一步研究。