利用U-Boot實(shí)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(shè)備或其他通用設(shè)備開(kāi)發(fā)的32位處理器，它基于ARM7TDMI核，沒(méi)有內(nèi)存管理單元（MMU）。在采用無(wú)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(wù)、內(nèi)核精簡(jiǎn)、高效穩(wěn)定和源代碼開(kāi)放的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)移植的基本過(guò)程包括：獲取較新版本的linux-2.6.9內(nèi)核源碼，根據(jù)目標(biāo)平臺(tái)對(duì)源碼中與硬件平臺(tái)相關(guān)部分進(jìn)行修改，添加必要的外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行針對(duì)目標(biāo)平臺(tái)的交叉編譯，生成的內(nèi)核映像文件的下載調(diào)試等。

2  硬件環(huán)境介紹

硬件平臺(tái)以S3C44B0為核心，采用的外部晶振頻率為6MHZ，內(nèi)核主頻最高可達(dá)到66MHZ，平臺(tái)以2MB的AMD29LV160DB做 rom，其地址空間為0～1fffff，以HY57V1620HG sdram做內(nèi)存，地址空間為0c000000~0c7fffff，共8MB，以RTL8019as作為網(wǎng)絡(luò)控制芯片，接在S3C44B0的Bank5 上，通過(guò)JTAG與PC機(jī)的并口連接支持在線(xiàn)調(diào)試與程序燒寫(xiě)。

圖1 硬件平臺(tái)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(yùn)行在某機(jī)器（宿主機(jī)）上的編譯器編譯某個(gè)源程序生成在另一臺(tái)機(jī)器（目標(biāo)機(jī)）上運(yùn)行的目標(biāo)代碼的過(guò)程。本文的交叉編譯環(huán)境建立如下：在PC機(jī)上安裝Linux操作系統(tǒng)做為我們的宿主機(jī)，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(jī)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(yùn)行的第一段代碼，在一個(gè)基于A(yíng)RM的嵌入式系統(tǒng)中，系統(tǒng)上電或復(fù)位時(shí)通常都從地址0X00000000處開(kāi)始執(zhí)行，而這個(gè)地址處通常就是系統(tǒng)的bootloader,通過(guò)這段程序可以初始化硬件設(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)境調(diào)整到一個(gè)合適的狀態(tài)，以便為最終的調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。

本文中bootloader采用對(duì)U-Boot進(jìn)行移植來(lái)實(shí)現(xiàn)的。U-Boot的全稱(chēng)是Universal Boot Loader，是德國(guó)DENX小組開(kāi)發(fā)的用于多種嵌入式CPU的Bootloader引導(dǎo)程序, 支持PowPC、ARM、MIPS、M68K等多種處理器平臺(tái),支持Linux、VxWorks、NetBSD等多種嵌入式操作系統(tǒng)，主要用來(lái)開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)初始化代碼bootloader，其易于裁剪和調(diào)試，尊循GPL (通用公共許可) 公約,完全開(kāi)放源代碼?？梢詮膆ttp://sourceforge.net/projects/u-boot得到它多個(gè)版本的源碼，本文是以u(píng)- boot-1.1.2為例進(jìn)行移植的。

在移植前可以通過(guò)查看doc文檔了解U-Boot源碼的主要結(jié)構(gòu)，在眾多的目錄中與移植相關(guān)的主要是board、cpu、drivers等幾個(gè)目錄。移植的基本過(guò)程如下：

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

在board/下運(yùn)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(tái)是以S3C44B0處理器為核心的，所以移植可以參考B2平臺(tái)進(jìn)行；

(2) 建立我們目標(biāo)平臺(tái)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(chēng)；

(3) 修改新建目錄中的文件的名稱(chēng)，將文件中所有的B2都改成lanlan；

(4) 在include/configs/添加目標(biāo)平臺(tái)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(biāo)板的編譯信息；

這個(gè)過(guò)程完成后可以在u-boot/目錄下依次運(yùn)行make lanlan_config ; make進(jìn)行編譯，編譯完成后如果能生成u-boot.bin等文件，則說(shuō)明前面的過(guò)程無(wú)誤，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，則需要根據(jù)錯(cuò)誤信息進(jìn)行相關(guān)修改；

(6) 修改硬件相關(guān)的文件，在cpu/中有S3C44B0的目錄，說(shuō)明U-Boot已經(jīng)提供了對(duì)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(biāo)平臺(tái)，主要修改的是cpu/下start.S 和serial.c，include/configs/下的lanlan.h中關(guān)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(luò)控制芯片的基地址等內(nèi)容，確定修改正確后運(yùn)行make lanlan_config;make命令，編譯生成的u-boot.bin就是我們需要的引導(dǎo)程序；

(7) 通過(guò)JTAG將生成的u-boot.bin燒寫(xiě)到目標(biāo)平臺(tái)的0x0地址，配置Linux下的minicom或者Windows下的超級(jí)終端，注意配置的串口及串口波特率要與U-Boot中設(shè)置的一樣，按復(fù)位鍵或上電重啟目標(biāo)平臺(tái)后可以從minicom或超級(jí)終端看到U-Boot在系統(tǒng)中運(yùn)行了。

通過(guò)以上步驟，完成了U-Boot移植的主要工作。

3．3 uClinux內(nèi)核的移植

3.3.1 uClinux-dist源碼包的準(zhǔn)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(nèi)核、uClibc庫(kù)和busybox等 uClinux下的用戶(hù)應(yīng)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(huì)生成一個(gè) uClinux-dist目錄，該目錄包含了編譯uClinux內(nèi)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(gè)子目錄，就是三種版本的uClinux內(nèi)核的源碼，我們的目的是把uClinux-2.6.9版本移植到目標(biāo)平臺(tái)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(bǔ)丁文件linux-2.6.9-uc0.hsc0.patch。在Linux系統(tǒng)下解壓內(nèi)核Linux-2.6.9.tar.bz2并打上補(bǔ)丁文件linux-2.6.9-uc0.patch和linux-2.6.9-uc0- hsc0.patch，將打上補(bǔ)丁的2.6.9內(nèi)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(zhǔn)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(guān)文件：

 # cp uClinux-dist/vendors/Samsung/4510b –r  uClinux-dist/vendors/Samsung/44b0，將源代碼包中已經(jīng)有的Samsung的4510b的文件復(fù)制一份并改名為44b0 ,這一過(guò)程也可以直接用鼠標(biāo)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(fù)制到44b0目錄下，該步驟同樣可以復(fù)制、粘貼完成；

雖然已經(jīng)給linux-2.6.9內(nèi)核打了補(bǔ)丁文件，但是我們依然需要對(duì)源代碼進(jìn)行修改才能順理的編譯通過(guò)，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(nèi)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(nèi)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(shè)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(qū)動(dòng)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?yàn)樵趌inux-2.6.9內(nèi)核中對(duì)S3C44B0的支持并不是很好，系統(tǒng)只是提供了一個(gè)簡(jiǎn)易的串口驅(qū)動(dòng)，所以需要添加串口驅(qū)動(dòng)。

3.3.3 內(nèi)核的配置與編譯

在編譯內(nèi)核之前需要進(jìn)行配置，可以通過(guò)三種方式對(duì)內(nèi)核進(jìn)行配置：在uClinux-dist目錄下運(yùn)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(shí)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(méi)有menuconfig菜單穩(wěn)定，而且在有些機(jī)器上運(yùn)行不起來(lái)，本文是使用make menuconfig完成的。運(yùn)行make menuconfig時(shí), 程序會(huì)依次出現(xiàn)開(kāi)發(fā)平臺(tái)、內(nèi)核、文件系統(tǒng)、應(yīng)用程序的配置界面, 可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行配置。配置時(shí)大部分選項(xiàng)可以使用其缺省值，只有小部分需要用戶(hù)根據(jù)需求進(jìn)行選擇，進(jìn)行內(nèi)核配置時(shí)，有3種選擇，它們分別代表的含義如下：
“Y” － 將該功能編譯進(jìn)內(nèi)核；
“N” －不將該功能編譯進(jìn)內(nèi)核；
“M” －將該功能編譯成可以在需要時(shí)動(dòng)態(tài)插入到內(nèi)核中的模塊；

將與核心其它部分關(guān)系較遠(yuǎn)且不經(jīng)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(nèi)核的長(zhǎng)度，減小內(nèi)核消耗的內(nèi)存，簡(jiǎn)化該功能相應(yīng)的環(huán)境改變時(shí)對(duì)內(nèi)核的影響，許多功能都可以這樣處理，例如網(wǎng)卡的支持、對(duì)FAT等文件系統(tǒng)的支持等。

在配置好內(nèi)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(huì)在uClinux-dist/linux-2.6.x/下會(huì)生linux.bin，在uClinux-dist/images /下會(huì)生成linux.data、linux.text、image.bin等目標(biāo)文件。在編譯中可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，需要根據(jù)錯(cuò)誤信息進(jìn)行調(diào)試修改。

3.4 內(nèi)核的下載運(yùn)行

(1) 我們將開(kāi)始移植好的U-Boot的目標(biāo)文件u-boot.bin通過(guò)JTAG燒寫(xiě)到目標(biāo)硬件平臺(tái)上，燒寫(xiě)時(shí)開(kāi)始地址要從0開(kāi)始,目標(biāo)板上電后從0地址處運(yùn)行就開(kāi)始運(yùn)行移植好的bootloader了，我們可以在windows下通過(guò)超級(jí)終端或者在linux下的minicom檢測(cè)目標(biāo)板的串口輸出；

(2) 通過(guò)U-Boot的命令tftpboot來(lái)下載我們移植好的內(nèi)核，tftpboot c008000 linux.bin;go c008000,通過(guò)以上兩個(gè)步驟就實(shí)現(xiàn)了uClinux的下載運(yùn)行。

系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先執(zhí)行了bootloader，完成了硬件設(shè)備的初始化任務(wù)，然后將運(yùn)行的控制權(quán)交給了uClinux內(nèi)核，uClinux系統(tǒng)就開(kāi)始運(yùn)行了。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于Linux操作系統(tǒng)的源碼開(kāi)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(tái)上得到越來(lái)越多的關(guān)注。操作系統(tǒng)的移植是構(gòu)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(nèi)核分開(kāi)進(jìn)行設(shè)計(jì)能夠使軟件結(jié)構(gòu)更加清晰，而且可以利用前者的功能，靈活的實(shí)現(xiàn)多種引導(dǎo)系統(tǒng)的方式。

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

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[6] http://www.linuxforum.com。