基于ARM920T的嵌入式Linux系統(tǒng)的構(gòu)建
前言
目前,嵌入式操作系統(tǒng)的種類很多,如VxWorks,WindowsCE和Linux等。在這些操作系統(tǒng)中,Linux是發(fā)展最快,應用最廣泛的。由于使用費用、開放源代碼程度和使用習慣等各方面因素,Linux是得到較多推廣的操作系統(tǒng)之一。由于Linux支持從x86到嵌入式處理器的多種處理器,使得Linux桌面PC上開發(fā)的很多資源可以輕松的移植到各種嵌入式平臺上,這種便利使得在嵌入式系統(tǒng)中使用Linux操作系統(tǒng)具有很大吸引力。
開發(fā)環(huán)境
硬件環(huán)境
本系統(tǒng)中使用目標平臺S3C2410(SAM SUNG公司使用ARM920T處理器內(nèi)核開發(fā)的一款嵌入式處理器)。ARM920T核由ARM9TDMI,存儲管理單元(MMU)和高速緩存三部分組成。
S3C2410的資源還包括外圍存儲設(shè)備(SDRAM和NandFlash),外圍顯示設(shè)備(觸摸屏和LCD)與外圍接口設(shè)備(串口、網(wǎng)口與并口)。
軟件平臺
嵌入式Linux系統(tǒng)從軟件系統(tǒng)的角度通??梢苑譃橐韵?個部分。
·引導加載程序。包括固化在固件中的啟動代碼(可選)和Bootloader。
·內(nèi)核。特定于嵌入式板子的定制內(nèi)核以及控制內(nèi)核引導系統(tǒng)的參數(shù)。
·文件系統(tǒng)。包括根文件系統(tǒng)和建立于Flash內(nèi)存設(shè)備之上的文件系統(tǒng)。它是提供管理系統(tǒng)的各種配置文件以及系統(tǒng)執(zhí)行用戶應用程序的良好的運行環(huán)境的載體。
·用戶應用程序。特定于用戶的應用程序。有時在用戶應用程序和內(nèi)核層之間可能還會有一個嵌入式圖形用戶界面。同時裝有Bootloader、內(nèi)核啟動參數(shù)、內(nèi)核映象和根文件系統(tǒng)。
嵌入式Linux系統(tǒng)移植的實現(xiàn)
引導加載程序
Boot Loader 是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行的一段小程序。大多數(shù) Boot Loader 都分為 stage1 和 stage2 兩大部分。Stage1主要包含依賴于CPU的體系結(jié)構(gòu)硬件初始化的代碼,通常都用匯編語言來實現(xiàn)。這個階段的任務有:(1)為基本的硬件設(shè)備初始化(屏蔽所有的中斷、關(guān)閉處理器內(nèi)部指令/數(shù)據(jù)cache等),(2)為第二階段準備RAM空間(如果是從某個固態(tài)存儲媒質(zhì)中,則復制Bootloader的第二階段的代碼到RAM),(3)設(shè)置堆棧并跳轉(zhuǎn)到第二階段的C程序入口點。Stage2通常用C語言完成,以便實現(xiàn)更復雜的功能,也使程序有更好的可讀性和可移植性。這個階段的任務有:(1)初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備,檢測系統(tǒng)內(nèi)存映射。(2)將內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像從Flash讀到RAM。 (3)為內(nèi)核設(shè)置啟動參數(shù),調(diào)用內(nèi)核。
本系統(tǒng)中采用的BootLoader是韓國Mizi公司開發(fā)的vivi,適用于ARM9處理器。在配置編譯之前,首先要建立交叉編譯環(huán)境。把 cross-2.95.3.tar.bz2、arm-linux-gCC-3.4.1.tar.bz2軟件包拷貝到/usr/LOCal/arm目錄下,分別解壓這兩個包以構(gòu)成本系統(tǒng)的交叉編譯環(huán)境。
編譯Bootload vivi 主要步驟如下:
[1]解壓vivi源文件 tar jxvf vivi.tar.bz2
[2]進入vivi目錄 編譯 makefile ,主要修改如下:
LINUX_INCLUDE_DIR = /usr/local/arm/2.95.3/include
CROSS_COMPILE = /usr/local/arm/2.95.3/bin/arm-linux-
ARM_GCC_LIBS = /usr/local/arm/2.95.3/lib/gcc-lib/arm-linux/2.95.3
[3]編譯vivi/arch/s3c2410/SMDk.c,根據(jù)實際板子的實際情況對NandFlash進行分區(qū)。需要注意的是要和下面Linux內(nèi)核配置編譯配合起來。本開發(fā)板提供的64M的NandFlash做為存儲設(shè)備,其空間分配表如表1所示。
[4] make menuconfig
[5] make
至此,可以生成vivi的bin文件,通過開發(fā)板JTAG口和PC機并口建立連接,把vivi移植 到開發(fā)板上,重新加電,這樣就可以引導內(nèi)核。
Linux內(nèi)核的移植
Linux的內(nèi)核版本發(fā)行同Linux對嵌入式處理器支持程度的發(fā)展是不同步的。因此,需要對特定的處理器體系結(jié)構(gòu)選擇合適的核。本系統(tǒng)采用的是linux-2.6.14.1.tar.bz2的版本,與2.4的版本相比,2.6版本對資源的定義進行了分類,代碼相當精練,可讀性很好,條理清晰,修改起來容易。
而且支持標準的高級電源管理apm。事實上,Samsung S3C2410已經(jīng)成為linux的一個標準支持平臺。
編譯配置內(nèi)核主要步驟如下:
[1]進入內(nèi)核源代碼目錄,修改Flash分區(qū)表部分的源碼,與vivi對NandFlash的分區(qū)相匹配。即定義文件 arch/arm/mach-s3c2410/devs.c中的分區(qū)表結(jié)構(gòu)體statICstruct mtd_partition partition_info[]中的分區(qū)名,偏移量和分區(qū)大小。同時加入NandFlash分區(qū),即定義結(jié)構(gòu)體struct s3c2410-nand-set nandset[]。與此同時,修改結(jié)構(gòu)體struct s3c2410-platform-nandsupperlpplatform[]以建立對Nand Flash芯片的支持。
最后,加入Nand Flash芯片支持到Nand Flash驅(qū)動。
[2]對內(nèi)核進行適當?shù)呐渲?。在本系統(tǒng)中,配置過程的關(guān)鍵在于是:在對MTD配置時,選擇支持MTD驅(qū)動以及支持NAND FLASH驅(qū)動;選擇支持要用到的各類文件選擇支持要用到的各類文件系統(tǒng)。如果要建立及安裝模塊,則要在配置內(nèi)核時選擇模塊的支持。選擇交叉編譯工具 arm-linux-gCC-3.4.1編譯內(nèi)核源碼之后,會在kernel/arch/arm/boot/下生成名為zImage的內(nèi)核映象。在 vivi的命令提示模式下使用下載命令完成內(nèi)核加載到開發(fā)板的存儲設(shè)備上。
根文件系統(tǒng)
Linux系統(tǒng)采用文件系統(tǒng)組織系統(tǒng)的文件與設(shè)備,為設(shè)備和用戶程序提供統(tǒng)一的接口。文件系統(tǒng)的存在使得數(shù)據(jù)和設(shè)備可以被有效而透明地存取訪問。
本系統(tǒng)使用CRAMFS格式的根文件系統(tǒng),它是具備最基本特性的文件系統(tǒng),主要用于嵌入式系統(tǒng),優(yōu)點是將文件數(shù)據(jù)以壓縮形式存儲,在需要運行的時候進行解壓縮,具有很大的壓縮比,可以做到高效的隨機讀取。
在本系統(tǒng)中,首先,在根文件目錄rootfs下通過輸入下面的命令:
mkdir dev proc etc mnt bin sbin lib tmp
建立上述的目錄。沒有建立home目錄是因為其內(nèi)容只是針對工作站與服務器的設(shè)置有用,在嵌入式Linux中即使有也是空的。然后把所需要的配置文件,動態(tài)函數(shù)庫放到相應的目錄。
采用BusyBox是縮小根文件系統(tǒng)的一個好方法。BusyBox非常形象地稱為嵌入式Linux系統(tǒng)的“瑞士軍刀”,因為它將許多常用的 UNIX命令與工具結(jié)合到了一個單獨的可執(zhí)行程序中。雖然與相應的GNU工具比較起來,BusyBox所提供的功能和參數(shù)略少,但在嵌入式系統(tǒng)中,已經(jīng)足夠了。
將busybox -1.1.3 .tar.gz放到上述tmp目錄下,進行解壓:
tar busybox -1.1.3 .tar.gz
make distclean
make menuconfig
make TARGET_ARCH=arm
CROSS=arm-linux-
PREFIX=/home/arm/dev_home/rootfs/my_rootfs/all install ,其中PREFIX指明了安裝路徑即我們根文件系統(tǒng)所在路徑。
由于根文件系統(tǒng)采用的是CRAMFS格式,所以使用mkcramfs生成cramfs映象,具體的命令是:mkcramfs my_rootfs my_rootfs.cramfs。根文件系統(tǒng)映象文件就完成了。同內(nèi)核加載一樣,通過vivi命令提示把根文件系統(tǒng)映象加載到開發(fā)板上。
按照上面的安排,一個基本的嵌入式Linux系統(tǒng)構(gòu)建完畢。其啟動過程如圖1所示。
結(jié)語
本工作對嵌入式Linux系統(tǒng)的啟動加載程序bootloader進行配置,對Linux內(nèi)核進行裁剪,完成對根文件系統(tǒng)的制作,將嵌入式 Linux移植到基于ARM920T處理器目標板,為開發(fā)者提供了在ARM9平臺上構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)的方法的參考。實驗表明其系統(tǒng)具有很好的實時性、穩(wěn)定性。