利用U-Boot實現(xiàn)uClinux向S3C44B0的移植

1  引言

S3C44B0是Samsung公司推出的一款為手持設備或其他通用設備開發(fā)的32位處理器，它基于ARM7TDMI核，沒有內存管理單元（MMU）。在采用無MMU的微處理器的嵌入式系統(tǒng)中廣泛采用的就是uClinux系統(tǒng)，作為linux的衍生系統(tǒng)，其具有支持多任務、內核精簡、高效穩(wěn)定和源代碼開放的優(yōu)點。系統(tǒng)移植的基本過程包括：獲取較新版本的linux-2.6.9內核源碼，根據(jù)目標平臺對源碼中與硬件平臺相關部分進行修改，添加必要的外設驅動程序，對系統(tǒng)進行針對目標平臺的交叉編譯，生成的內核映像文件的下載調試等。

2  硬件環(huán)境介紹

硬件平臺以S3C44B0為核心，采用的外部晶振頻率為6MHZ，內核主頻最高可達到66MHZ，平臺以2MB的AMD29LV160DB做 rom，其地址空間為0～1fffff，以HY57V1620HG sdram做內存，地址空間為0c000000~0c7fffff，共8MB，以RTL8019as作為網(wǎng)絡控制芯片，接在S3C44B0的Bank5 上，通過JTAG與PC機的并口連接支持在線調試與程序燒寫。

圖1 硬件平臺框圖

3  uClinux的移植

 3．1 交叉編譯環(huán)境的建立

交叉編譯是利用運行在某機器（宿主機）上的編譯器編譯某個源程序生成在另一臺機器（目標機）上運行的目標代碼的過程。本文的交叉編譯環(huán)境建立如下：在PC機上安裝Linux操作系統(tǒng)做為我們的宿主機，版本為Fedore Core 5，從http : // www. uClinux .org/上下載交叉編譯工具鏈arm-elf-tools20040427并安裝在Linux 宿主機上，這樣就建立了uClinux-arm的交叉編譯環(huán)境。

 3．2 U-Boot-1.1.2的移植

Bootloader是系統(tǒng)加電后運行的第一段代碼，在一個基于ARM的嵌入式系統(tǒng)中，系統(tǒng)上電或復位時通常都從地址0X00000000處開始執(zhí)行，而這個地址處通常就是系統(tǒng)的bootloader,通過這段程序可以初始化硬件設備、建立內存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境調整到一個合適的狀態(tài)，以便為最終的調用操作系統(tǒng)內核準備好正確的環(huán)境。

本文中bootloader采用對U-Boot進行移植來實現(xiàn)的。U-Boot的全稱是Universal Boot Loader，是德國DENX小組開發(fā)的用于多種嵌入式CPU的Bootloader引導程序, 支持PowPC、ARM、MIPS、M68K等多種處理器平臺,支持Linux、VxWorks、NetBSD等多種嵌入式操作系統(tǒng)，主要用來開發(fā)嵌入式系統(tǒng)初始化代碼bootloader，其易于裁剪和調試，尊循GPL (通用公共許可) 公約,完全開放源代碼?？梢詮膆ttp://sourceforge.net/projects/u-boot得到它多個版本的源碼，本文是以u- boot-1.1.2為例進行移植的。

在移植前可以通過查看doc文檔了解U-Boot源碼的主要結構，在眾多的目錄中與移植相關的主要是board、cpu、drivers等幾個目錄。移植的基本過程如下：

(1) 查找以S3C44B0處理器為核心的硬件平臺，此目的是為了簡化移植難度；

在board/下運行 find  -exec grep -l 44B0 {} 找到/dave/B2/B2.c，由此我們知道dave公司的B2平臺是以S3C44B0處理器為核心的，所以移植可以參考B2平臺進行；

(2) 建立我們目標平臺的目錄lanlan,把B2板的文件拷到建立的目錄中，但需要修改文件的名稱；

(3) 修改新建目錄中的文件的名稱，將文件中所有的B2都改成lanlan；

(4) 在include/configs/添加目標平臺的配置文件lanlan.h；此文件可以參考B2.h建立；

(5) 修改總目錄下的Makefile文件，添加目標板的編譯信息；

這個過程完成后可以在u-boot/目錄下依次運行make lanlan_config ; make進行編譯，編譯完成后如果能生成u-boot.bin等文件，則說明前面的過程無誤，如果出現(xiàn)錯誤，則需要根據(jù)錯誤信息進行相關修改；

(6) 修改硬件相關的文件，在cpu/中有S3C44B0的目錄，說明U-Boot已經提供了對S3C44B0的支持，我們只是需要修改部分文件使其適合我們的目標平臺，主要修改的是cpu/下start.S 和serial.c，include/configs/下的lanlan.h中關于cpu的頻率、串口波特率、PLLCON寄存器、flash和 sdram的大小、基地址和網(wǎng)絡控制芯片的基地址等內容，確定修改正確后運行make lanlan_config;make命令，編譯生成的u-boot.bin就是我們需要的引導程序；

(7) 通過JTAG將生成的u-boot.bin燒寫到目標平臺的0x0地址，配置Linux下的minicom或者Windows下的超級終端，注意配置的串口及串口波特率要與U-Boot中設置的一樣，按復位鍵或上電重啟目標平臺后可以從minicom或超級終端看到U-Boot在系統(tǒng)中運行了。

通過以上步驟，完成了U-Boot移植的主要工作。

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3．3 uClinux內核的移植

3.3.1 uClinux-dist源碼包的準備

從uClinux的官方網(wǎng)站下載uclinux-dist源碼包。源碼包中包含了uClinux內核、uClibc庫和busybox等 uClinux下的用戶應用程序，本文中下載的是uClinux-dist-20041215.tar.gz,在linux系統(tǒng)下解壓后會生成一個 uClinux-dist目錄，該目錄包含了編譯uClinux內核需要的所有文件。在uClinux-dist目錄中包含有l(wèi)inux-2.2.x、 linux-2.4.x、linux-.2.6.x三個子目錄，就是三種版本的uClinux內核的源碼，我們的目的是把uClinux-2.6.9版本移植到目標平臺上，所以我們還需要從http://www.kernel.org上下載linux-2.6.9.tar.bz2，從http: //www.uClinux.org上下載linux-2.6.9-uc0.patch，從Samsung的網(wǎng)站http: //www.oprensrc.sec.samsung.com上下載補丁文件linux-2.6.9-uc0.hsc0.patch。在Linux系統(tǒng)下解壓內核Linux-2.6.9.tar.bz2并打上補丁文件linux-2.6.9-uc0.patch和linux-2.6.9-uc0- hsc0.patch，將打上補丁的2.6.9內核改名為linux-2.6.x并替換在uClinux-dist包中的linux-2.6.x，完成移植前的準備工作。

3.3.2 uClinux-dist源碼的修改

按照如下步驟添加S3C44B0的相關文件：

 # cp uClinux-dist/vendors/Samsung/4510b –r  uClinux-dist/vendors/Samsung/44b0，將源代碼包中已經有的Samsung的4510b的文件復制一份并改名為44b0 ,這一過程也可以直接用鼠標完成；

# cp linux-2.6.x/arch/armnommu/configs/s3c44b0x_defconfig

vendors/Samsung/44b0/config.linux-2.6.x，該步驟是將s3c44b0x_defconfig文件復制到44b0目錄下，該步驟同樣可以復制、粘貼完成；

雖然已經給linux-2.6.9內核打了補丁文件，但是我們依然需要對源代碼進行修改才能順理的編譯通過，文件的修改如下：

(1) 修改linux-2.6.x/arch/armnommu/arch/kernel/vmlinux.lds.S，添加以下內容：

(.got)?Global offset table */
romfs_start = .;
romfs.o
romfs_end = .;

這樣修改的目的是把romfs文件系統(tǒng)連接到內核映象中。

  (2) 修改linux-2.6.x/arch/armnommu/kernel/setup.c, 添加變量romfs_start,romfs_end及修改

其設置如下：
default_command_line
extern int _stext, _text, _etext, _edata, _end;
extern int romfs_start,romfs_end;
char *from = default_command_line;
sprintf(default_command_line, "root=/dev/ram0 initrd=0x%08lx,%ldk keepinitrd", (unsigned
long)&romfs_start,((unsigned long)&romfs_end - (unsigned long)&romfs_start)>>10);

(3) 修改vendors/Micetek/44b0/rc文件中 /bin/expand /etc/ramfs.img /dev/ram1；

(4) 添加串口驅動程序，添加文件linux-2.6.x/drivers/serial/serial_s3c44b0.c和linux-2.6.x /include/asm-armnommu/arch-s3c44b0/uart.h，因為在linux-2.6.9內核中對S3C44B0的支持并不是很好，系統(tǒng)只是提供了一個簡易的串口驅動，所以需要添加串口驅動。

3.3.3 內核的配置與編譯

在編譯內核之前需要進行配置，可以通過三種方式對內核進行配置：在uClinux-dist目錄下運行make config/make menuconfig/make xconfig,其中make config是在字符界面下，make menuconfig是在字符界面下實現(xiàn)的菜單界面，make xconfig為圖形界面，三種配置方式是一致的，xconfig界面比較友好,容易掌握，但它卻沒有menuconfig菜單穩(wěn)定，而且在有些機器上運行不起來，本文是使用make menuconfig完成的。運行make menuconfig時, 程序會依次出現(xiàn)開發(fā)平臺、內核、文件系統(tǒng)、應用程序的配置界面, 可以根據(jù)自己的需要進行配置。配置時大部分選項可以使用其缺省值，只有小部分需要用戶根據(jù)需求進行選擇，進行內核配置時，有3種選擇，它們分別代表的含義如下：
“Y” － 將該功能編譯進內核；
“N” －不將該功能編譯進內核；
“M” －將該功能編譯成可以在需要時動態(tài)插入到內核中的模塊；

將與核心其它部分關系較遠且不經常使用的部分功能代碼編譯成為可加載模塊，有利于減小內核的長度，減小內核消耗的內存，簡化該功能相應的環(huán)境改變時對內核的影響，許多功能都可以這樣處理，例如網(wǎng)卡的支持、對FAT等文件系統(tǒng)的支持等。

在配置好內核后依次執(zhí)行以下命令：
make dep; make clean; make lib_ only; make user_ only; make romfs; make image; make編譯完成之后，會在uClinux-dist/linux-2.6.x/下會生linux.bin，在uClinux-dist/images /下會生成linux.data、linux.text、image.bin等目標文件。在編譯中可能會產生錯誤，需要根據(jù)錯誤信息進行調試修改。

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3.4 內核的下載運行

(1) 我們將開始移植好的U-Boot的目標文件u-boot.bin通過JTAG燒寫到目標硬件平臺上，燒寫時開始地址要從0開始,目標板上電后從0地址處運行就開始運行移植好的bootloader了，我們可以在windows下通過超級終端或者在linux下的minicom檢測目標板的串口輸出；

(2) 通過U-Boot的命令tftpboot來下載我們移植好的內核，tftpboot c008000 linux.bin;go c008000,通過以上兩個步驟就實現(xiàn)了uClinux的下載運行。

系統(tǒng)啟動后，首先執(zhí)行了bootloader，完成了硬件設備的初始化任務，然后將運行的控制權交給了uClinux內核，uClinux系統(tǒng)就開始運行了。

4 結束語

由于Linux操作系統(tǒng)的源碼開放性及ARM微處理器的良好性能，如何將Linux系統(tǒng)移植到ARM平臺上得到越來越多的關注。操作系統(tǒng)的移植是構建基于ARM微處理器的嵌入式系統(tǒng)的前題，將bootloader與系統(tǒng)內核分開進行設計能夠使軟件結構更加清晰，而且可以利用前者的功能，靈活的實現(xiàn)多種引導系統(tǒng)的方式。

本論文的創(chuàng)新點：本文采用移植U-Boot作為系統(tǒng)bootloader，從而實現(xiàn)了uClinux-2.6內核移植。U-Boot作為一種功能強大的bootloader，適合多種平臺并可以引導多種操作系統(tǒng)，利用其強大功能可以實現(xiàn)系統(tǒng)內核的多種下載和引導方式，掌握其移植方法很有必要，uClinux2.6內核對硬件平臺的支持更好，移植過程中要注意不同硬件平臺間的差別。

參考文獻：
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[6] http://www.linuxforum.com。