構(gòu)建嵌入式linux平臺下的用戶應(yīng)用

1.引言

在專用的嵌入式板子運行 GNU/Linux 系統(tǒng)已經(jīng)變得越來越流行。一個嵌入式 Linux 系統(tǒng)從軟件的角度看通常可以分為四個層次,如圖1-1所示：

(1)引導(dǎo)程序。包括固化在固件(firmware)中的 boot 代碼(可選)，和 Boot Loader 兩大部分。

(2)Linux 內(nèi)核。針對于嵌入式板子的定制內(nèi)核以及內(nèi)核的啟動參數(shù)。

(3)文件系統(tǒng)。包括根文件系統(tǒng)和建立于 Flash 內(nèi)存設(shè)備之上文件系統(tǒng)。通常用 ram disk 來作為根文件系統(tǒng)

(4)用戶應(yīng)用程序。特定于用戶的應(yīng)用程序。有時在用戶應(yīng)用程序和內(nèi)核層之間可能還會包括一個嵌入式圖形用戶界面。常用的嵌入式 GUI 有：MicroWindows 和 MiniGUI 。

下面就在linux-2.4.x內(nèi)核上如何正確組織、連接這幾個部分來自動運行用戶應(yīng)用程序進行分析。
 

2.linux的啟動過程

在系統(tǒng)復(fù)位后首先遠行的程序就是引導(dǎo)程序（Boot loader）。 引導(dǎo)程序可以放在專用的ROM中，也可以和內(nèi)核影像、文件系統(tǒng)影像共用閃存芯片或固態(tài)硬盤如下圖所示。引導(dǎo)程序首先負責(zé)初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。Uboot是Sourceforge上的一個開源的引導(dǎo)程序，提供了對PowerPC(MPC5xx、MPC8xx、MPC82x、MPC7xx、MP74xx、4xx)、ARM(ARM7、ARM9、StrONgArm、Xsacle)、MIPS、x86等處理器的支持。下載站點是http://sourceforge.net/projects/u-boot

U-boot在ARM9系統(tǒng)啟動流程：

　　1、跳轉(zhuǎn)到reset代碼（將CPU設(shè)置成SVC,ARM工作模式，SDRAM初始化）

　　2、將U-boot代碼拷貝到RAM空間?？梢哉{(diào)用C函數(shù)

　　3、調(diào)用初始化函數(shù)

　?。–PU_init(),board_init(),interrupt_init(),serial_init()）

　　4、初始化flash設(shè)備

　　5、初始化系統(tǒng)內(nèi)存分配函數(shù)

　　6、初始化NAND設(shè)備

　　7、初始化顯示設(shè)備

　　8、初始化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

　　9、進入命令循環(huán)，接收用戶從串口傳來的命令，如果延時10秒鐘無用戶操作則自動加載linux內(nèi)核。首先將linux內(nèi)核影像（kernel Image）拷貝到ram空間，然后跳轉(zhuǎn)到linux內(nèi)核代碼的第一條指令處，將控制權(quán)交給linux內(nèi)核。

3. 掛接自己的嵌入式文件系統(tǒng)

3.1. 嵌入式文件系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

嵌入式文件系統(tǒng)的任務(wù)是對文件進行管理，其工作包括提供對邏輯文件的操作（包括檢索、新增、修改、刪除、拷貝）接口，方便用戶操作文件和目錄。文件系統(tǒng)內(nèi)部，則根據(jù)存儲設(shè)備的特點，使用不同的文件組織模式來實現(xiàn)文件的邏輯結(jié)構(gòu)，比如磁帶中使用的順序文件以及大多數(shù)操作系統(tǒng)使用的樹狀文件。此外文件系統(tǒng)也管理文件的安全性、完整性以及多進程訪問控制。文件系統(tǒng)不能實現(xiàn)對物理設(shè)備的直接控制，對物理設(shè)備的訪問是通過MTD/FTL層實現(xiàn)的。MTD/FNL層向上將閃存設(shè)備抽象成邏輯設(shè)備（邏輯頁面和塊），為文件系統(tǒng)提供對物理設(shè)備操作接口；向下實現(xiàn)對閃存設(shè)備的讀寫、清零、ECC校驗等工作。在linux系統(tǒng)中實現(xiàn)了對閃存操作的底層函數(shù)。下圖給出了文件系統(tǒng)的層次關(guān)系。

3.2. 幾種針對閃存的嵌入式文件系統(tǒng)的比較
 

3.3. 掛接JFFS2文件系統(tǒng)

(1) 修改設(shè)備號

由于ROM設(shè)備和MTDBlock設(shè)備的主設(shè)備號（major）都是31，所以如果你不想把JFFS2作為根文件系統(tǒng)的話，必須修改他們之一的major。如果你要修改JFFS2的設(shè)備major，在/linux-2.4.x/include/linux/mtd/mtd.h中把

＃define MTD_BLOCK_MAJOR 31

改成

＃define MTD_BLOCK_MAJOR 30

(2) 編寫Maps文件

添加在flash上的map文件。在/kernel/drivers/mtd/maps下添加flash(如intel NOR型28f128j3a)的map。

(3) 將配置加入/kernel/drivers/mtd/maps/Config.in中

dep_tristate ‘ CFI Flash device mapped on S3C2410‘ CONFIG_MTD_S3C2410 $CONFIG_MTD_CFI

(4) 配置內(nèi)核使其支持jffs2。

這里要特別注意Memory Technology Devices (MTD)的選項支持及其子項

RAM/ROM/Flash chip drivers --->

Mapping drivers for chip access --->

的選項支持；

還有File systems下選項支持。

具體的配置選擇請參考附錄1

(5) 制作jffs2映象

首先取得jffs2的制作工具：mkfs.jffs2（可從網(wǎng)上取得）

執(zhí)行如下命令即可生成所要的映象：

chmod 777 mkfs.jffs2 //取得mkfs.jffs2的執(zhí)行權(quán)限，即mkfs.jffs2成為可執(zhí)行文件

./mkfs.jffs2 －d jffs2/ －o jffs2.img //生成jffs2文件映象，其中目錄jffs2可以是任意的目錄，這里的jffs2是我新建的一個目錄

(6) Jffs2的下載

燒寫完引導(dǎo)程序（boot loader）、內(nèi)核影像（zImage）、根文件系統(tǒng)（ramdisk.image.gz）之后，接著燒寫jffs2.img，具體燒寫如下：

tftp 30800000 jffs2.img

fl 1800000 30800000 20000 （其中20000可根據(jù)jffs2的大小適當(dāng)調(diào)整，理論上只要比jffs2.img略大即可，但要為20000的整數(shù)倍。1800000是Jffs2在閃存中的起始位置，3800000是將jffs2.img下載到內(nèi)存中的位置）

(7) 在根文件系統(tǒng)上自動掛接Jffs2

在ramdisk.image.gz的mnt/etc/init.d/rc$文件中加入如下指令以便啟動時自動掛載jffs2文件系統(tǒng)。

Mount －t jffs2 /dev/mtdblock/4 /mnt （其中的/dev/mtdblock/4是flash上的jffs2分區(qū)）

4.啟動用戶應(yīng)用程序

在嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中,往往不需要進入linux的界面（命令行窗口或圖形桌面），而是需要直接啟動專用的用戶程序。下面介紹一種實現(xiàn)方法。

在制作根文件系統(tǒng)影像（ramdisk.image.gz）前在根目錄下創(chuàng)建myproc目錄，將MyApp應(yīng)用程序復(fù)制到此目錄下。在ramdisk.image.gz的mnt/etc/init.d/rc$文件中加入如下指令以便自動啟動用戶應(yīng)用程序MyApp。

#cd /myproc（ 進入myproc目錄）

＃./MyApp

MyApp是一個小的應(yīng)用程序，它的處理流程如下（其中Mystart假定為用戶最終的應(yīng)用程序） ：

5. 總結(jié)

Linux 正在嵌入式開發(fā)領(lǐng)域穩(wěn)步發(fā)展。因為 Linux 基于 GPL，所以任何對將 Linux 定制于 PDA、掌上機或者工控設(shè)備感興趣的人都可以從因特網(wǎng)免費下載其內(nèi)核和應(yīng)用程序，并開始移植或開發(fā)。目前許多 優(yōu)秀的Linux 系統(tǒng)可供用戶選擇。它們包括 RTLinux（實時 Linux）、uClinux（用于非 MMU 設(shè)備的 Linux）、Montavista Linux（用于 ARM、MIPS、PPC 的商用 Linux 分發(fā)版）、ARM-Linux（ARM 上的 Linux）等。利用現(xiàn)有的大量的共享資源，構(gòu)建自己的嵌入式linux平臺，開發(fā)linux應(yīng)用已經(jīng)列入許許多多公司的發(fā)展戰(zhàn)略之中。