基于ARM的Linux系統(tǒng)移植研究與實現(xiàn)

引言

嵌入式系統(tǒng)是一個專用的計算機系統(tǒng)。該系統(tǒng)以計算機技術為基礎，軟硬件可裁減，但對功能、可靠性、成本等都有嚴格的要求。今天，一些專用系統(tǒng)需要處理大量的信息，由于傳統(tǒng)的計算機系統(tǒng)很難實現(xiàn)硬件可裁減，因而已經(jīng)不能滿足專用系統(tǒng)的需要。伴隨著我國汽車、家電等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的應用與開發(fā)已成為目前IT產(chǎn)業(yè)的一個新的熱點?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，首先要解決的問題是嵌入式操作系統(tǒng)的移植。Linux操作系統(tǒng)作為一種源代碼開放、同時可支持多種處理器結構的多任務操作系統(tǒng)，具有內(nèi)核小、易裁剪、可移植性好等優(yōu)點，是目前嵌入式系統(tǒng)應用與開發(fā)的主流操作系統(tǒng)。本文主要研究在ARM9平臺上搭建嵌入式Linux系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。

1嵌入式Linux操作系統(tǒng)及特點

目前，在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，52%的項目選擇Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)，這與Linux自身的優(yōu)良特性有不可分割的關系。

Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核源代碼開放，并具有豐富的軟件資源。不同的應用領域可以根據(jù)需要對內(nèi)核進行修改，每一種通用程序在Linux都能找到。在Linux上開發(fā)程序不需要從頭做起,可以選擇一個類似的軟件進行二次開發(fā)，因而能夠低成本地開發(fā)出滿足自己需要的嵌入式系統(tǒng)。

另外，Linux系統(tǒng)能支持多種硬件設備，而且驅動豐富,能支持多種主流硬件設備和最新硬件技術。隨著Linux的廣泛應用，許多芯片生產(chǎn)廠家也已經(jīng)開始為Linux提供驅動，這為Linux在各種硬件平臺上的應用奠定了基礎。

Linux可支持多種體系結構，具有較好的可移植性。目前，Linux已經(jīng)移植到絕大多數(shù)硬件平臺上，能夠支持ARM、MIPS、LPHA、SPARC等多種體系，Linux支持幾乎所有流行的CPU。Linux具備一整套工具鏈，容易建立嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和交叉運行環(huán)境，可跨越嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中仿真工具的障礙。由于其符合IEEEPOSIX.1標準，因而應用程序具有較好的可移植性。

Linux具有完善的網(wǎng)絡通信和文件管理機制。實際上,Linux從一開始就與網(wǎng)絡密不可分，網(wǎng)絡是Linux的最為顯著的特征。Linux具有ARM9上的嵌入式Linux系統(tǒng)移植的特性,從而保證了它支持所有標準因特網(wǎng)協(xié)議，可以利用Linux的網(wǎng)絡協(xié)議棧開發(fā)嵌入式TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議棧。同時，Linux支持ext2、fatl6、fat32、romfs等文件系統(tǒng)，從而為嵌入式系統(tǒng)應用開發(fā)打下了很好的基礎。

2Linux在ARM平臺上的移植

SBC2410硬件平臺介紹

SBC2410硬件平臺是具有基于ARM9處理器SBC2410A，可支持ARM-Linux、WindowsCE等操作系統(tǒng)的嵌入式硬件平臺。主要硬件資源有一片64MBSDRAM，一片64MBNandFlash,一片1MBNorFlash，—串口COM0，—個USBHostA型接口，一個USBSlaveB型接口，以及一個標準的JTAG接口等。

Linux在ARM平臺上的移植準備

首先是要建立交叉編譯環(huán)境。交叉編譯環(huán)境是一個由編譯器、連接器和解釋器組成的綜合開發(fā)環(huán)境。交叉編譯工具主要包括編譯器gcc,二進制工具binutils，目標系統(tǒng)的標準c庫glibc和目標系統(tǒng)的Linux內(nèi)核頭文件。宿主機要選好做嵌入式開發(fā)的Linux操作系統(tǒng)，配置好網(wǎng)絡、NFS服務等。因為目標機沒有足夠的資源運行開發(fā)工具和調(diào)試工具，所以要在宿主機上建立交叉編譯環(huán)境，然后由交叉編譯工具生成可執(zhí)行二進制代碼(并不能在宿主機上運行)，再下載到目標板上調(diào)試和運行。交叉編譯標準c環(huán)境的生成步驟包括以下四步：

獲得binutils、gcc、glibc的源碼；

配置編譯binutils，得到匯編器和連接器；

配置編譯gcc源碼，生成gcc編譯器；

配置glibc編譯生成glibc的c庫函數(shù)。

2.3引導程序移植bootloader

引導程序bootloader是與體系結構緊密相關的部分，是操作系統(tǒng)內(nèi)核和應用程序運行之前運行的一小段程序，用于完成系統(tǒng)的啟動和加載。它類似于PC機中的BIOS程序。bootloade嚴重依賴于硬件實現(xiàn)，一般在嵌入式系統(tǒng)中建立一個通用的bootloader是不可能的。用戶必須自己編寫這一小段程序，從而完成硬件設備的初始化，建立內(nèi)存空間的映射圖,將系統(tǒng)的軟硬件帶到一個合適的狀態(tài)，為操作系統(tǒng)內(nèi)核的運行做準備叫

通常bootloader移植分為兩步：

第一步常用匯編語言實現(xiàn)依賴于CPU體系結構的代碼。主要包括硬件設備初始化;為加載bootloader準備RAM空間；拷貝bootloader到RAM空間中；設置好堆棧。

第二步常用C語言來實現(xiàn)。即：初始化本階段要使用到的硬件設備；檢測系統(tǒng)內(nèi)存映射(memorymap)；將kernel映像和根文件系統(tǒng)映像從flash上讀到ram空間中；為內(nèi)核設置啟動參數(shù)；調(diào)用內(nèi)核。圖1所示是bootloader的工作流程圖。

圖1bootloader的工作流程圖

2.4內(nèi)核移植

內(nèi)核移植首先應當啟動操作系統(tǒng)，完成內(nèi)存管理、任務調(diào)度、進程管理、加載驅動程序、網(wǎng)絡等功能，然后執(zhí)行應用程序或等待用戶命令。雖然各功能之間存在復雜的調(diào)度關系，但由于Linux分層結構的特點，已將其中硬件相關的代碼獨立了出來，因此，移植過程中只需要改動進程管理、內(nèi)存管理和設備管理中與硬件相關的那部分代碼叫

一般情況下，從官方網(wǎng)站上下載的內(nèi)核不能直接在硬件平臺上運行，而要跟據(jù)具體的硬件平臺重新裁剪、編譯內(nèi)核,并根據(jù)硬件平臺特性編寫相應的硬件相關的代碼，將Linux移植到硬件平臺。對內(nèi)核代碼的修改包括以下部分：

修改內(nèi)核目錄樹根下的Makefile,找到ARCH和CROSS_COMPILE,修改ARCH=arm,CROSS_COMPILE=armlinux,然后設置PATH環(huán)境變量，在文件bashrc中添加exporPATH=/usr/local/arm/3.4.4/bin:$PATH,使其可以找到交叉編譯工具鏈，然后重新登陸。

設置flash分區(qū)，修改arch/arm/machSBC2410/devs.c用以指明分區(qū)信息，該文件的內(nèi)容建立nandflash分區(qū)表；修改arch/arm/machSBC2410/machsmdk2410.c文件指定啟動時初始化，并在kernel啟動時依據(jù)對分區(qū)的設置進行初始配置。在Linux源文件目錄下，執(zhí)行makemenuconfig命令，配置內(nèi)核產(chǎn)生config文件，選擇處理器類型為SBC2410,選擇串口驅動設備，完成后保存config文件。

在完成內(nèi)核的裁減之后，執(zhí)行命令makeclean,編譯內(nèi)核之前先把環(huán)境給清理干凈，也可以用makerealclean或makemrproper來徹底清除相關依賴，保證沒有不正確的文件存在，最后將zimage下載到開發(fā)板。

3結語

經(jīng)過移植，Uboot和Linux在SBC2410平臺就能運行,在此基礎上，還可以進一步開發(fā)各類驅動程序及應用軟件。用串口線將SBC2410和PC機相連，通過超級終端可以看到移植成功。系統(tǒng)成功啟動后，就可以進入根文件系統(tǒng)。本文通過分析Linux的特點和移植方法，總結出了一種基于ARM的Linux系統(tǒng)移植的方法，并實現(xiàn)了Linux系統(tǒng)內(nèi)核在SBC2410處理器平臺上的移植。

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