嵌入式Linux在s3c2440上的移植

葉培順

（榆林學(xué)院 信息工程學(xué)院，陜西 榆林 719000）

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)，對功能、可靠性、成本、體積、功耗等方面有特殊要求的專用計算機系統(tǒng)[1]。在嵌入式系統(tǒng)里基于ARM的嵌入式處理已經(jīng)成為市場主流。而Linux是免費運行的，快速高效的操作系統(tǒng)，在過去的幾年中，基于開源組織的Linux系統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)得到了長足的發(fā)展。Linux操作系統(tǒng)雖然不是微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，但是其模塊化的結(jié)構(gòu)使得用戶可以對其方便的進行配置，去除用戶系統(tǒng)不需要的模塊，減小系統(tǒng)的開銷可以做到幾百K大小。

本文所討論嵌入式系統(tǒng)目標平臺采用的是Samsung公司基于ARM 920T內(nèi)核開發(fā)的一款嵌入式處理器S3C2440，用于PDA、Internet設(shè)備和手持設(shè)備，內(nèi)部集成了LCD、USB等控制器。Linux內(nèi)核采用2．6版本的內(nèi)核，它吸收了一些新技術(shù)，在性能，可量測性支持和可用性方面有較大提高。

1 嵌入式Linux移植流程

嵌入式Linux系統(tǒng)從軟件的角度看通?？梢苑譃?個層次：

1）引導(dǎo)加載程序 包括固化在固件中的啟動代碼（可選）和Bootloader 2部分。

2）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(dǎo)系統(tǒng)的參數(shù)。

3）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)。通常用RAMDISK作為根文件系統(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(yīng)用程序的良好運行環(huán)境的載體[2]。

4）用戶應(yīng)用程序 特定于用戶的應(yīng)用程序。有時在用戶應(yīng)用程序和內(nèi)核層之間可能會包括一個嵌入式圖形用戶界面[3]。

嵌入式Linux的移植可以按照上面4個層次進行。本文將根據(jù)這4個方面分析嵌入式Linux系統(tǒng)在s3c2440上的移植過程。

2 交叉編譯環(huán)境的建立

2.1 交叉編譯工具的安裝

Linux使用GNU的工具，社區(qū)的開發(fā)者已經(jīng)編譯出了常用體系結(jié)構(gòu)的工具鏈。免費提供的工具包括3個部分：binutils，gcc和glibc，其中binutils是二進制處理工具，gcc是編譯工具，glibc是鏈接和運行庫。交叉編譯工具的安裝步驟如下：

1）從 ARM Linux 的官方站點 http：//arm．Linux．org．uk 下載 cross23．3．2．tar．bz2 包；

2）在/usr/local/arm 下解壓：$tar2jxvfcross23．3．2．tar．bz2；

3）在/etc/profile文件中修改PATH環(huán)境變量。在export之前添加一行：

PATH=$PATH： /usr/local/arm/3．3．2/bin 4）使以上配置生效：$source/etc/profile

2.2 主機開發(fā)環(huán)境的配置

1）主機環(huán)境配置：首先要確認主機的網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動成功，并且配置網(wǎng)絡(luò)接口的IP地址?？梢酝ㄟ^ifconfig命令查看所有網(wǎng)絡(luò)接口，還可以配置網(wǎng)口的IP地址。

2）串口控制臺工具：串口通信接口很適合作為控制臺，在各種操作系統(tǒng)上一般都有現(xiàn)成的控制臺操作程序可以使用。Windows操作系統(tǒng)有超級終端 （Hyper terminal）工具；Linux操作系統(tǒng)有minicom工具。

3）TFTP服務(wù)：TFTP是目標板下載映像所需要的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。以root身份登錄，完成下面的操作：

·編輯tftp配置文件：

$vi/etc/xinetd．d/tftp

修改disab l一行，把yes改為no；

·使用下面的命令使x inetd重新啟動TFTP服務(wù)：

$/etc/init．d/xinetd restart

4）N FS服務(wù)：N FS服務(wù)的主要任務(wù)是把本地的一個目錄通過網(wǎng)絡(luò)輸出，其他計算機可以遠程的掛接這個目錄并且訪問文件。以root的身份完成以下步驟：

·在/etc/export s中添加一行：

/opt/target/root fs3（rw，no_root_squash，no_all_squash）

·確認N FS守護進程已在運行。使用下面命令啟動或重啟N FS服務(wù)：

$/etc/rc．d/init．d/nfs restart

3 嵌入式Linux在ARM上的移植分析

3.1 U-Boot的移植

U-Boot作為通用的Bootloader，U-Boot可以方便地移植到其他的硬件平臺上。移植U-Boot工作就是添加開發(fā)板硬件相關(guān)的文件、配置選項，然后配置編譯。開始移植之前，需要先分析一下U-Boot已經(jīng)支持的開發(fā)板，比較出硬件配置最接近的開發(fā)板[4]。選擇的原則是，首先處理器相同，其次處理器體系結(jié)構(gòu)相同，然后是以太網(wǎng)接口等外圍設(shè)備。因為U-Boot代碼中的SMDK2410模板所采用的CUP是s3c2410與s3c2440相似，所以對于U-Boot移植，就是修改SMDK2410模板代碼。

這里使用的是u-boot-1．1．6，其移植的基本步驟如下：

1）在頂層Makefile中為開發(fā)板添加新的配置選項。

RSC2440_config： unconfig

@．/mkconfig$（@：_config=） arm arm920t RSC2440 NULL s3c24x0

2）修改 flash驅(qū)動

修改 board/smdk2410/flash．c， 該文件為 RSCARM2440的Flash驅(qū)動程序。需要根據(jù)Flash芯片手冊實現(xiàn)它的驅(qū)動程序。

3）修改與RSCARM2440相關(guān)的頭文件

修 改 include/configs/smdk2410．h， 該 文 件 是 與 RSC ARM2440相關(guān)的頭文件。啟動方式有從nandflash啟動和從norflash啟動兩種，可根據(jù)自己的需要修改。

4）修改目標板的初始化文件

修改board/smdk2410/smdk2410．c，該文件為目標板的初始化文件，其中主要修改的函數(shù)有：

intboard_init（ ）； //板極初始化函數(shù)

int dram_init（）； //SDRAM初始化函數(shù)

5）修改串口驅(qū)動

修改 cpu/arm920t/serial．c，該文件為 RSC ARM2440 的串口驅(qū)動程序，使用RSCARM2440的UART0。

6）修改網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動

RSC ARM2440 使用的是 DM9000 網(wǎng)卡，u-boot-1．1．6 中支持DM9000，其代碼在drivers/dm9000x．c中，因此可以直接使用。另外，還需要把DM9000驅(qū)動在include/configs/rsc2440．h加以說明。

3.2 配置編譯內(nèi)核

標準Linux內(nèi)核相對于資源受到限制的嵌入式系統(tǒng)來說過于龐大，因此要將其移植到嵌入式系統(tǒng)上，就需要將Linux內(nèi)核根據(jù)目標平臺的情況進行剪裁、配置，并對配置好的內(nèi)核進行編譯生成內(nèi)核映像文件。Linux2．6內(nèi)核吸收了一些新技術(shù)，在性能、可量測性支持和可用性方面有有較大的提高[5]。

1）修改 Makefile

將makefile中直接將ARCH=$（SUBARCH）這行注釋掉，并加入一行ARCH=arm，目的就是要使編譯出來的目標文件面向的是arm平臺。

還要注釋掉CROSSCOMPILE=這行，加一行CROSS COMPILE=arm-linux-。修改這一行是為了在編譯過程中使用交叉編譯器。

2）配置內(nèi)核

使用makemenuconfig來配置內(nèi)核，盡量裁減內(nèi)核，可以舍棄的部分都先去掉。

3）編譯內(nèi)核

#make dep

#make clean

#make zImage（注意大小寫）

內(nèi)核編譯成功以后，會在Linux2．6/arch/arm/boot目錄中生成一個新內(nèi)核的映像文件zImage。

3.3 制作Ram disk

Ramdisk不是一個文件系統(tǒng)。在Linux中，可以把系統(tǒng)內(nèi)存中的一部分仿真成一個硬盤塊，在它上面可以實現(xiàn)各種基于內(nèi)存的文件系統(tǒng)，如Ext2 onRamdisk。內(nèi)存的存儲速度要遠遠快于硬盤，所以可以用這個方法提高文件訪問速度。

3.3.1 制作Linux根文件系統(tǒng)

Linux在內(nèi)核啟動以后，要裝載根文件。在嵌入式Linux中，受存儲器的限制，不能使用桌面Linux那樣復(fù)雜的root文件系統(tǒng)，需要對于文件系統(tǒng)進行重新設(shè)計和裁減[6]。通常的處理方法如下：

1）刪除處理 對一些在嵌入式系統(tǒng)中無關(guān)的目錄和文件進行直接刪除處理。

2）strip處理 在Linux中，庫文件和二進制可執(zhí)行文件在發(fā)行時，都包括大量的調(diào)試信息，在嵌入式應(yīng)用中，可以去掉這些代碼以減小程序的大小，采用這種方法有時可以使程序縮小30-50%，從而有效節(jié)約空間。如在嵌入文件系統(tǒng)制作中，可以采用下面命令：

objcopy——strip-all FROM TO

objcopy命令在復(fù)制文件時，帶strip-all．參數(shù)，將文件中的調(diào)試信息去掉。

3）文件替換處理 標準 Linux中有些文件功能強丸但體積過大，在嵌入式應(yīng)用中，可以采用一些功能簡單和小巧的文件去替換原來的文件。如在標準的Linux發(fā)行套件中有數(shù)以千計的二進制命令文件，顯然這對嵌入式系統(tǒng)是不合適的，卻而代之，通常使用busybox來提供這些命令。

3.3.2 制作Ramdisk

Ramdisk就是把指定的內(nèi)存區(qū)域模擬成磁盤設(shè)備，它屬于塊設(shè)備驅(qū)動程序，基于Ramdisk的塊設(shè)備，可以建立EXT2格式的磁盤文件系統(tǒng)。在內(nèi)核啟動之前，通常需要把EXT2文件系統(tǒng)的壓縮鏡像解壓到內(nèi)存指定的位置，然后就可以把Ramdisk設(shè)備掛載成根文件系統(tǒng)。制作Ramdisk映像的步驟如下：

這樣就生成了一個壓縮的根文件系統(tǒng)initrd．bin。

4 移植Linux系統(tǒng)到ARM開發(fā)板上

1）燒寫 U-Boot

燒寫U-Boot是在windows中通過JTAG進行的，燒寫工具是 SJF2440．exe。把 u-boot．bin 和 SJF2440．exe 拷貝到同一文件夾中。在保證開發(fā)板從nandflash方式啟動的情況下，運行“SJF2440/f：u-boot．bin”，此命令調(diào)入 u-boot．bin 文件燒寫 falsh。

2） 通過 u-boot把 zIamge和 initrd．bin燒寫到 flash對應(yīng)的分區(qū)中。

燒寫zIamge：

#erase 100000 1fffff

#tftp 30000000 zImage

#cp．b 30000000 100000 b9072

燒寫 initrd．bin：

#erase 200000 6fffff

#tftp 30000000 initrd．bin

#cp．b 30000000 200000 312bf0

3）設(shè)置u-boot環(huán)境變量讓系統(tǒng)自動啟動

#setenv bootargs root=/dev/arm rw initrd=0x30800000，8M

#setenv bootcmd bootm 100000 200000

#setenv bootdelay 3

#saveenv

系統(tǒng)復(fù)位后，Linux系統(tǒng)就可以完全自動地從本地flash啟動了。

5 結(jié)束語

本文針對一個特定的目標平臺，提供了構(gòu)建一個基本嵌入式Linux系統(tǒng)的過程與方法。對Linux內(nèi)核版本進行裁減、

移植，編譯生成的內(nèi)核在S3C2440處理器的目標板上成功運行，且保留了Linux原有的工作穩(wěn)定的特點，制作的根文件系統(tǒng)可以通過Ramdisk方式正常加載進內(nèi)核。將Linux操作系統(tǒng)移植于嵌入式系統(tǒng)中作為嵌入式系統(tǒng)的底層研發(fā)平臺是一件非常引人注目的事，同時又是一個復(fù)雜的課題，移植后系統(tǒng)的實時性、穩(wěn)定性、安全性和精簡程度等方面都需要嵌入式技術(shù)開發(fā)人員在設(shè)計中進一步研究。

[1]孫紀坤，張小全．嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)祥解[M]．北京：人民郵電出版社，2006．

[2]孫天澤，袁文菊．嵌入式設(shè)計及Linux驅(qū)動程序開發(fā)指南[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2007．

[3]陳賾．ARM9嵌入式技術(shù)及l(fā)inux高級實踐教程[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005．

[4]王學(xué)龍．嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2002．

[5]北京革新科技有限公司．ARM9實驗指導(dǎo)書[M]．北京：北京革新科技有限公司，2007．

[6]趙炯．Linux內(nèi)核完全注釋[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2004．