Part04嵌入式Linux开发环境的搭建.ppt

2019/7/12,1,嵌入式Linux开发环境的搭建,【学习目标】 了解嵌入式Linux系统的移植 了解Bootloader的原理 掌握嵌入式交叉编译环境的搭建 学会编译Linux内核 学会搭建Linux的文件系统,2019/7/12,2,一、嵌入式Linux系统的移植 二、Bootloader的构成原理 三、嵌入式交叉编译环境的搭建 四、Linux内核和文件系统的烧写 五、Linux内核 的配置和编译 六、linux文件系统的搭建 七、NFS文件系统的配置和使用,2019/7/12,3,一、嵌入式Linux系统的移植,Linux操作系统的移植主要包括移植Bootloader、移植Linux内核、移植相应的驱动程序和构建文件系统。,2019/7/12,4,嵌入式系统与主机的连接方式,JTAG接口 JTAG仿真器与主机连接，将引导程序固化到FLASH中。 串口 主机通过minicom或Windows超级终端等工具获得目标板程序运行、调试信息。 网络 一般采用NFS、TFTP等协议传输文件。 USB 主机为USB主设备端，目标板为USB从设备端，用于下载程序到目标板中。,2019/7/12,5,Windows超级终端的使用,2019/7/12,6,minicom的使用,2019/7/12,7,二、Bootloader的构成原理,简单地说，Bootloader就是在操作系统内核运行之前运行的一段程序，它类似于PC机中的BIOS程序。通过这段程序，可以完成硬件设备的初始化，并建立内存空间的映射关系，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，为最终加载系统内核做好准备。 通常，Bootloader比较依赖于硬件平台，建立一个通用的Bootloader是一件比较困难的事情。,2019/7/12,8,Bootloader的操作模式（一）,系统加电或者复位以后，CPU从厂家预设的某个地址上取指执行，Bootloader通常被固化在这个地址上。在嵌入式开发时，通常要使用各种命令操作Bootloader，一般使用串口来连接PC和开发板，通过串口输入各种命令和观察运行结果。用户使用产品时，不需操作Bootloader。,2019/7/12,9,Bootloader的操作模式（二）,启动加载（Boot Loading）模式： 上电后，Bootloader将操作系统从固态存储设备中加载到RAM中执行，用户不需介入操作。是最终产品发布的模式，也叫“自主”模式。 下载（Down Loading）模式： 开发人员使用各种命令，通过串口、网口、USB等方式从主机下载内核镜像和文件系统等，将其固化至固态存储设备。,2019/7/12,10,Bootloader的启动流程,由于Bootloader的实现依赖于CPU的体系结构，因此大多数Bootloader都分为Stage1和Stage2两大部分。依赖于CPU体系结构的代码，如设备初始化代码等，通常都放在Stage1中，而且通常都用汇编语言来实现，以达到短小精悍的目的。而Stage2则通常用C语言来实现，这样可以实现复杂的功能，而且代码具有更好的可读性和可移植性。,2019/7/12,11,Bootloader的启动流程Stage1, 基本的硬件初始化，包括屏蔽所有的中断、设置CPU的速度和时钟频率、RAM初始化、初始化外围设备、关闭CPU内部指令和数据cache等。 为加载stage2准备RAM空间，通常为了获得更快的执行速度，通常把stage2加载到RAM空间中来执行，因此必须为加载Bootloader的stage2准备好一段可用的RAM空间。 拷贝stage2到RAM中，在这里要确定两点：stage2的可执行映像在固态存储设备的存放起始地址和终止地址；RAM空间的起始地址。 设置堆栈指针sp，这是为执行stage2的C语言代码做好准备。,2019/7/12,12,Bootloader的启动流程Stage2,用汇编语言跳转到main入口函数（bl main） 由于stage2的代码通常用C语言来实现，目的是实现更复杂的功能和取得更好的代码可读性和可移植性。但是与普通C语言应用程序不同的是，在编译和链接Bootloader这样的程序时，不能使用glibc库中的任何支持函数。 初始化本阶段要使用到的硬件设备，包括初始化串口、初始化计时器等。在初始化这些设备之前、可以输出一些打印信息。 检测系统的内存映射，所谓内存映射就是指在整个4GB物理地址空间中指出哪些地址范围被分配用来寻址系统的内存。 加载内核映像和根文件系统映像，这里包括规划内存占用的布局和从Flash上拷贝数据。 设置内核的启动参数。,2019/7/12,13,三、嵌入式交叉编译环境的搭建,交叉开发模式就是指在主机上编辑、编译程序，然后在目标板上运行、验证程序的过程。在裁减和定制Linux内核用于嵌入式系统之前，由于一般嵌入式开发系统的资源有限，通常都要在PC上建立一个用于目标机的交叉编译工具链，用该交叉编译工具链在PC上编译目标机上要运行的程序。,2019/7/12,14,交叉编译工具链的组成,binutils：是一组二进制处理工具的集合，包括连接器，汇编器和其他用于目标文件和档案的工具，如objdump、as、ld等。 gcc：用来生成交叉编译器，主要生成arm-linux-gcc交叉编译工具。 glibc：主要是提供用户程序所使用的一些基本的函数库。,2019/7/12,15,交叉编译工具链的安装（一）,安装交叉编译器，只需将该编译器的解压缩文件放在指定的目录下边， linux2.6.12 内核使用的编译器为3.4.1 版本。 指定目录为： /usr/local/arm 根目录下执行 tar -jxvf cross-3.4.1.tar.bz2,2019/7/12,16,交叉编译工具链的安装（二）,在使用的时候有两种方式：（以编译hello.c 程序为例，生成可执行文件hello） 1. /usr/local/arm/3.4.1/bin/arm-linux-gcc hello.c o hello 2. 编辑/etc/bashrc 文件，在最后增加路径： export PATH=/usr/local/arm/3.4.1/bin:$PATH 这样就把/usr/local/arm/3.4.1/bin 添加到命令的默认路径，在编译的时候则可直接用如下的命令： arm-linux-gcc hello.c o hello,2019/7/12,17,四、Linux内核和文件系统的烧写,1. Bootloader的Linux启动设置 2. USB驱动及DNW软件的安装 3. 内核和文件系统的烧写,2019/7/12,18,Bootloader的Linux启动设置,进入Bootloader 菜单，选择7 进入参数设置菜单，将参数0的值改为2（1 为分区application中的程序，2 为自启动linux，3 为自启动wince）。,2019/7/12,19,USB驱动及DNW软件的安装（一）,驱动程序： PC机需要安装的驱动程序USB驱动_用于DNW下载程序.rar 设备名称： Witech SEC SOC Test Board,2019/7/12,20,USB驱动及DNW软件的安装（二）,DNW 软件是三星公司为S3C2440A 芯片配置的一款专用软件，可以在Windows 下用USB方式来烧写FLASH。 文件位置：实用工具串口工具DNW Configuration： COM1，115200， Download Address：0x30800000,2019/7/12,21,内核和文件系统的烧写,2019/7/12,22,五、Linux内核的配置和编译,Linux内核是指Linux源代码经过编译和链接生成的映像文件（Image）。通常编译嵌入式Linux内核都是通过不同的make命令来实现的,它的执行配置文件就是Makefile,而不同的Makefile又通过互相的依赖关系构成一个统一的整体去完成建立依存关系、建立内核等功能。,2019/7/12,23,Linux内核的获取,文件位置： Linuxlinux2.6.12内核源码包 解压文件： tar -jxvf linux-2.6.12-090915.tar.bz2,2019/7/12,24,Linux内核的配置（一）,Linux内核的配置系统由3部分组成： （1）Makefile：分布在Linux内核源代码中的Makefile，定义Linux内核的编译规则； （2）配置文件（config.in）：给用户提供配置选择的功能。 （3）配置工具，包括配置命令解释器（对配置脚本中使用的命令进行解释）和配置用户界面（提供基于字符界面、基于Xwindow图形界面的用户配置界面）。,2019/7/12,25,Linux内核的配置（二）,在内核中，Makefile的作用是根据配置的情况构造出需要编译的文件列表，然后分别编译，并把目标文件链接在一起，最终形成Linux内核的二进制文件。,2019/7/12,26,Linux内核的配置（三）,Linux内核中的Makefile以及与 Makefile 直接相关的文件有： Makefile：顶层 Makefile，是整个内核配置、编译的总体控制文件。 .config：内核配置文件，包含由用户选择的配置选项，用来存放内核配置后的结果（如 make config）。 arch/*/Makefile：位于各种 CPU 体系目录下的 Makefile，如 arch/arm/Makefile，是针对特定平台的 Makefile。 各个子目录下的 Makefile：比如 drivers/Makefile，负责所在子目录下源代码的管理。 Rules.make：规则文件，被所有的 Makefile 使用。,2019/7/12,27,Linux内核的配置（四）,内核配置方法有以下几种： （1） make config: 基于文本的最为传统的配置界面, 进入命令行, 可以一行一行的配置,该方法较烦琐。 （2） make menuconfig: 基于文本菜单的配置界面, 是字符终端下常用的方式。 （3） make xconfig: 基于图形窗口模式的配置界面, Xwindow下推荐使用。 （4） make oldconfig:自动读入“config”配置文件,并且只要求用户设定前次没有设定过的选项。,2019/7/12,28,Linux内核的配置（五）,四种方法中，make xconfig界面最友好，可以使用鼠标选择相应的选项；如果不是使用Xwindow，使用make menuconfig，需要用空格键进行选取。选择相应的配置时，有3种选择： Y 将该功能编译至内核 N 不将该功能编译至内核 M 将该功能编译成在需要时可以动态插入到内核的模块,2019/7/12,29,Linux内核的配置（六）,每种模式都有其优缺点，动态加载模块有利于减小内核长度，减少消耗内存，但是必须通过手动调用这些模块；如果编译至内核，虽然方便快捷，但会使内核越来越大，消耗更多系统资源。因此，要将常用功能直接编译到内核，如网卡和光驱。,2019/7/12,30,Linux内核的配置（七）,进行配置时，大部分选项可以使用默认值，只有小部分要根据需要选择。比较重要的选项如下： Code Maturity Level Option（内核成熟级别选项） Loadable Module Support（可加载模块支持） General Setup（通用设置） Memory Technology Devices（内存技术设备） Block Devices（块设备） Network Device Support（网络设备支持） Character Devices（字符设备） File systems（文件系统） Console Drivers（控制台设备）,2019/7/12,31,Linux建立依赖关系,由于内核源码树中的大多数文件都与一些头文件有依赖关系，因此要顺利建立内核，内核源码树中的每个Makefile都必须知道这些依赖关系。建立依赖关系通常在第一次编译内核的时候（或者源码目录树的结构发生变化的时候）进行，它会在内核源码树中每个子目录产生一个“.depend”文件。运行“make dep”即可。在编译linux2.6版本的内核通常不需要这个过程，直接输入“make”即可。,2019/7/12,32,Linux内核的建立,Linux中内核映像分为压缩的内核映像和未压缩的内核映像。压缩的内核映像通常命名为zImage，位于“arch/arm /boot”,未压缩的内核映像通常名为vmlinux，位于源码树的根目录中。 命令：make zImage,2019/7/12,33,Linux内核源码目录结构, /include子目录包含了建立内核代码时所需的大部分包含文件，这个模块利用其他模块重建内核。 /init子目录包含了内核的初始化代码，这里的代码是内核工作的起始入口。 /arch子目录包含了所有处理器体系结构特定的内核代码。如：arm、i386、alpha。 /drivers子目录包含了内核中所有的设备驱动程序，如块设备和SCSI设备。 /fs子目录包含了所有的文件系统的代码，如：ext2，vfat等。 /net子目录包含了内核的网络相关代码。 /mm子目录包含了所有内存管理代码。 /ipc子目录包含了进程间通信代码。 /kernel子目录包含了内核核心代码。,2019/7/12,34,六、Linux文件系统的搭建,嵌入式Linux支持多种文件系统，虽然在嵌入式中，由于资源受限的原因，它的文件系统和PC机Linux的文件系统有较大的区别，但是，它们的总体架构是一样的，都是采用目录树的结构。在嵌入式中常见的文件系统有cramfs、romfs、jffs、yaffs等 。 Yaffs（Yet Another Flash File System）文件系统是专门针对NAND 闪存设计的嵌入式文件系统，目前有YAFFS 和YAFFS2 两个版本，两个版本的主要区别之一在于YAFFS2 能够更好的支持大容量的NAND FLASH芯片。,2019/7/12,35,Linux文件系统的建立,文件位置： Linuxlinux2.6.12文件系统源码及制作工具 解压文件： tar -jxvf qte_yaffs.tar.bz2 用mkyaffs2image工具来制作文件系统： ./mkyaffs2image qte_yaffs qte.yaffs,2019/7/12,36,七、NFS文件系统的配置和使用,NFS为Network File System的简称，最早是由Sun公司提出发展起来的，其目的就是让不同的机器、不同的操作系统之间通过网络可以彼此共享文件。NFS可以让不同的主机通过网络将远端的NFS服务器共享出来的文件安装到自己的系统中，从客户端看来，使用NFS的远端文件就像是使用本地文件一样。在嵌入式中使用NFS会使应用程序的开发变得十分方便，并且不用反复地进行