在MIPS開發(fā)板上建立Linux系統(tǒng)及開發(fā)環(huán)境

作者Email: jie_yi@sohu.com

    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(dòng)Linux的方法。

    關(guān)鍵詞：MIPS NFS 啟動(dòng)Linux

    一、引言

    大多數(shù)基于MIPS處理器的平臺(tái)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(huì)受到很多限制，應(yīng)用程序的開發(fā)、調(diào)試過程就會(huì)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(dòng)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(shí)，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(duì)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(dòng)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(duì)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(xiàng)，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(chǔ)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(huì)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(duì)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(xiàng)；

5．  因?yàn)橐ㄟ^網(wǎng)絡(luò)下載內(nèi)核來啟動(dòng)，對(duì)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(xiàng)；

以上為配置基本選項(xiàng)，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(cuò)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(huì)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(dòng)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(huì)出現(xiàn)tftp文件

修改其中disable和server_args項(xiàng)，其余可保持不變。以下為一個(gè)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(dòng)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(dòng)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(duì)/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(dòng)服務(wù)

在RedHat Linux9.0程序啟動(dòng)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(xiàng)，點(diǎn)擊開始或者重新開始來啟動(dòng)dhcp、tftp、nfs服務(wù)。其中tftp服務(wù)要通過啟動(dòng)xinetd才能工作。

四、通過NFS服務(wù)在開發(fā)板上啟動(dòng)Linux系統(tǒng)

1．設(shè)置minicom

minicom是一個(gè)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(shí)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(gè)終端窗口，啟動(dòng)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(yàn)位無、數(shù)據(jù)流控制無；保存設(shè)置后，重新啟動(dòng)minicom。這時(shí)minicom處于工作狀態(tài)；

2．  開發(fā)板加電

開發(fā)板上有一個(gè)512KB ROM，燒有bootloarder – pmon2000，加電后自動(dòng)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(shí)pmon2000擁有少量行命令集，用于啟動(dòng)后對(duì)內(nèi)存的讀寫校驗(yàn)、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(dòng)完成，顯示pmon>；

3．啟動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)。在啟動(dòng)完成登錄行出現(xiàn)時(shí)，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(dòng)Linux。

4．應(yīng)用舉例

前面設(shè)置了客戶機(jī)具有對(duì)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(shí)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(gè)test子目錄，實(shí)際上是建在主機(jī)的/tftpboot/mips/home下

       cd test

       vi hello.c              -- 用vi編寫一個(gè)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(shí)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(duì)GUI的支持等等，內(nèi)核的占據(jù)空間必然增大，因此,設(shè)計(jì)時(shí)在功能和資源之間就要有所取舍。另外，系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中不一定帶有網(wǎng)絡(luò)，可能是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，此時(shí)內(nèi)核必須放在系統(tǒng)自身的存儲(chǔ)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(chǔ)單元啟動(dòng)操作系統(tǒng)的技術(shù)。