移植標(biāo)準(zhǔn)Linux 操作系統(tǒng)到S3C2410

1 前 言

目前 , 在嵌入式系統(tǒng)里基于ARM核的嵌入式處理器已經(jīng)成為市場主流。隨著ARM技術(shù)的廣泛應(yīng)用 , 建立面向ARM構(gòu)架的嵌入式操作系統(tǒng)也就成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。S3C2410是SAMSUNG公司基于ARM920T處理器內(nèi)核開發(fā)的一款16/32位嵌入式處理器，運(yùn)行頻率高達(dá)200多M，具有MMU和高速緩存等豐富片上資源，是目前基于ARM920T內(nèi)核的出貨量最大的一款芯片。目前嵌入式操作系統(tǒng)也較多，如 Tor2nado 的VxWork、微軟的 Windows CE等等。大量開發(fā)人員選擇的卻都是Linux，這是因?yàn)樗创a開放，可以輕松修改移植到自己的目標(biāo)平臺系統(tǒng)里使用。并且事實(shí)證明，效果令人滿意。兩者的結(jié)合必將在嵌入式系統(tǒng)的世界里打出一片天地。

2 Linux 操作系統(tǒng)的移植

2.1移植的含義

要使得標(biāo)準(zhǔn)Linux能在ARM嵌入式處理器上運(yùn)作，勢必要經(jīng)過移植 (porting) 的過程。所謂移植，就是讓一套軟件可以在一套選定硬件平臺上正常運(yùn)作，也就是要將平臺相依 (platform dependent) 的部分做適當(dāng)?shù)男薷摹?nèi)核源碼arch子目錄包括了所有和平臺體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的核心代碼，它的每一個(gè)子目錄都代表所支持的一種體系結(jié)構(gòu)，arm就是關(guān)于我們所選處理器體系結(jié)構(gòu)的子目錄。我們的移植工作主要集中于此目錄下。

2.2移植的具體實(shí)現(xiàn)

如果我們已經(jīng)搭建起完整的交叉編譯平臺，移植工作便可開始了(以當(dāng)前使用最廣的linux-2.4為例，放于/usr/SRC/ linux-2.4.18之下)。

/ Makefile文件

一個(gè)工程往往包含很多的文件，按照一定的規(guī)則放在多個(gè)目錄中。Makefile文件用來指定編譯規(guī)則，例如哪些需要編譯，哪些要先編譯。在此處要做的是：

指定目標(biāo)平臺ARCH := $(shell uname -m | sed -e s/i.86/i386/ -e s/sun4u/sparc64/ -e s/arm.*/arm/ -e s/sa110/arm/)

設(shè)置為ARCH :=arm

指定交叉編譯器CROSS_COMPILE =

設(shè)置為CROSS_COMPILE =arm-linux-

/arch/arm/Makefile

啟動(dòng)代碼的產(chǎn)生要通過此一文件，由于2.4內(nèi)核還沒有對S3C2410的支持，自行加入如下代碼

ifeq ((CONFIG_ARCH_ S3C2410),y)

TEXTADDR = xxx

MACHINE = s3c2410

Endif

TEXTADDR是內(nèi)核的虛擬起始地址[6]，也是內(nèi)核最終運(yùn)行地址，通常設(shè)為PAGE_OFFSET +0x8000，須根據(jù)實(shí)際情況相結(jié)合[2]。

/arch/arm/config.in

config.in是配置文件，決定了我們在配置菜單中看到的內(nèi)容。自行加入$CONFIG_ARCH_S3C2410子選項(xiàng)[5]。

if [ "$CONFIG_ARCH_S3C2410" = "y" ]; then

comment'Archimedes/A5000 Implementations'

dep_bool 'SMDK (MERI TECH BOARD) '

CONFIG _S3C2410_SMDK//

$CONFIG_ARCH_S3C2410

//其他

fi

在if [ "$CONFIG_FOOTBRIDGE_HOST" = "y" -o

……

"$CONFIG_ARCH_SA1100" = "y" ]; then

define_bool CONFIG_ISA y

else

define_bool CONFIG_ISA n

fi

中依樣加入"$CONFIG_ARCH_s3c2410" = "y"-o。

/arch/arm/boot/Makefile

ZTEXTADDR 是解壓前image.rom的位置，ZRELADDR是內(nèi)核解壓并最終執(zhí)行的位置。ZRELADDR與TEXTADDR之間符合如下映射關(guān)系：__virt_to_phys(TEXTADDR) == ZRELADDR[6]。

ifeq ((CONFIG_ARCH_s3c2410),y)

ZTEXTADDR = xxx

ZRELADDR = xxx

Endif

/arch/arm/boot/compressed/ Makefile

依樣加入 ifeq ("$(CONFIG_ARCH_S3C2410),y)

OBJS +=head-s3c2410.o

endif

/arch/arm/boot/compressed/head-s3c2410.s

此處需要自行加入內(nèi)核解壓前處理器初始化文件head-s3c2410.s，示例代碼：

.section ".start", "ax"

__S3C2410_start:

bIC r2, pc, #0x1f @清除pc相關(guān)位，放于r2

add r3, r2, #0x4000

1: ldr r0, [r2], #32

teq r2, r3

bne 1b

mcr p15, 0, r0, c7, c10, 4 @ 寫回 Write Buffer

mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0 @ 刷新 I & D caches

#if 0

@ 禁用MMU ，caches

……

#endif

mov r0, #0x00200000

1: subs r0, r0, #1

bne 1b

/arch/arm/kernel/ Makefile

依樣將$(CONFIG_ARCH_2400) $(CONFIG_ARCH_2410) 加入

no-IRQ-arch :=$(CONFIG_ARCH_INTEGRATOR) $(CONFIG_ARCH_CLPS711X)

……

$(CONFIG_ARCH_AT91RM9200

并添加 obj-$(CONFIG_MIZI) += ecard.o

obj-$(CONFIG_ARCH_APM) +=apm2.o

/arch/arm/kernel/entry-armv.S

此文件主要定義CPU初始化時(shí)中斷處理部分[6]，可參考處理器使用手冊，按處理器使用要求設(shè)置。

/arch/arm/kernel/debug-armv.S

此文件用于最基本的串口調(diào)試功能[6]，包括調(diào)試串口的地址初始化、發(fā)送、等待、忙狀態(tài)定義等。使用此文件可以在啟動(dòng)過程中打印出相關(guān)信息。

/arch/arm/kernel/setup.c

在此文件中要根據(jù)使用的板子設(shè)置幾個(gè)變量[5]。nr_banks指定了內(nèi)存塊的數(shù)量，bank指定了每塊內(nèi)存塊的范圍，PAGE_OFFSET是內(nèi)存起始地址，MEM_SIZE是內(nèi)存的大小。PAGE_OFFSET，MEM_SIZE要在/include/asm-arm/arch-s3c2410中定義。

/arch/arm/mm/mm-armv.c

此文件用于與硬件相關(guān)的內(nèi)存管理，如初始化內(nèi)存頁表內(nèi)存映射等。

將init_maps->bufferable = 0;改為 init_maps->bufferable = 1;

/arch/arm/mach-s3c2410

建立相應(yīng)目錄并按照處理器使用要求編寫irq.c，mm.c，time.c，arch.c，Makefile，分別實(shí)現(xiàn)中斷控制器的初始化，地址的虛實(shí)映射關(guān)系，時(shí)鐘中斷和實(shí)時(shí)時(shí)鐘處理以及有關(guān)Ramdisk使用參數(shù)等的設(shè)置。

/include/asm-arm/arch-s3c2410

此目錄下定義用到的頭文件。

至此移植工作基本完成，再進(jìn)行如下編譯過程，即可得到我們需要的映像文件[4]。[!--empirenews.page--]

make dep; make clean; make zImage

3 完整系統(tǒng)的構(gòu)成

要想讓linux真正跑起來，還需要根文件系統(tǒng)的支持，常用的方法是Ramdisk。Ramdisk 是通過將計(jì)算機(jī)的內(nèi)存(RAM)模擬作設(shè)備來創(chuàng)建和掛裝文件系統(tǒng)的一種驅(qū)動(dòng)器機(jī)制。一般應(yīng)包括以下目錄內(nèi)容： /dev(設(shè)備文件目錄); /proc (proc 文件系統(tǒng)目錄);/etc(系統(tǒng)配置文件的目錄); /sbin(系統(tǒng)程序的目錄);/bin(基本應(yīng)用程序目錄);/lib(共享函數(shù)庫的目錄);/mnt (裝載其他磁盤節(jié)點(diǎn)的目錄);/usr(附加應(yīng)用程序的目錄)[3]。

除此之外一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)還要有引導(dǎo)代碼，如vivi,u_boot等。Bootloader也需要移植與編譯，在此并不詳述。以上三塊內(nèi)容都準(zhǔn)備好，對FLASH做好區(qū)間的劃分[1]以后，便可以用 FLASH 燒寫工具依次將Bootloader，內(nèi)核以及根文件系統(tǒng)燒寫到 FLASH里。然后就可以啟動(dòng)系統(tǒng)了。

系統(tǒng)從0 地址處開始執(zhí)行Bootloader。Bootloader做完相關(guān)硬件初始化工作之后從 FLASH里把壓縮的內(nèi)核映象復(fù)制到SDRAM內(nèi)并且把根文件系統(tǒng)所在地址參數(shù)傳遞給內(nèi)核[1]。內(nèi)核復(fù)制到SDRAM之后進(jìn)行內(nèi)核解壓啟動(dòng)。內(nèi)核啟動(dòng)過程中根據(jù) Bootloader傳遞過來的地址參數(shù)去尋找根文件系統(tǒng) , 將其加載到嵌入式系統(tǒng)上。這樣，整個(gè)Linux被引導(dǎo)啟動(dòng)起來 , 進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

4 結(jié)束語

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：現(xiàn)在采用較為普遍的2.4版本的Linux并沒有包含進(jìn)對S3C2410的支持,給基于此的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)帶來不便。本文在了解了移植過程中普遍存在的問題和作者經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)積累的基礎(chǔ)上，詳盡分析了如何將Linux2.4移植到ARM平臺的嵌入式系統(tǒng)上的主要技術(shù),使得該系統(tǒng)可以很好的支持目標(biāo)平臺，并且移植后的Linux 很好的保留了原有的工作穩(wěn)定的特點(diǎn)。在移植過程中強(qiáng)調(diào)其原理與可操作性，對加深對于Linux內(nèi)核的理解和開發(fā)嵌入式系統(tǒng)是十分重要的，對于開發(fā)其他嵌入式系統(tǒng)具有參考意義。

參考文獻(xiàn) ( References)

[1]劉晶晶，基于ARM-Linux嵌入式系統(tǒng)引導(dǎo)程序的設(shè)計(jì)[J]，微計(jì)算機(jī)信息，2006，2-2：123-125

[2]李明，ARM Linux 的移植過程及分析，電子設(shè)計(jì)應(yīng)用[J]，2003，7：55-57

[3]徐虹等，操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M]，北京：清華大學(xué)出版社，2002，5

[4]張杰，曹衛(wèi)華，吳敏，施衛(wèi)強(qiáng)，基于S3C2410的Linux移植[J]，微機(jī)發(fā)展， 2005(15)，6：142-144

[5]孫天澤，袁文菊，張海峰，嵌入式設(shè)計(jì)及Linux驅(qū)動(dòng)開發(fā)指南[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2005，9

[6]Wookey and Tak-Shing，Porting the Linux Kernel to a New ARM Platform，SOLUTIONS JOURNAL，2002，4：52-57