构建嵌入式Linux系统.ppt

2019年9月18日 1,教学内容,第一章 嵌入式系统概述 第二章 学习板硬件及开发环境的建立 第三章 构建嵌入式Linux系统 第四章 嵌入式Linux设备驱动 第五章 嵌入式Linux串口和网络编程 第六章 嵌入式Linux图形编程,2019年9月18日 2,第三章 构建嵌入式Linux系统,3.1 嵌入式Linux系统的构建流程 3.2 Bootloader 3.3 Linux内核 3.4 根文件系统 3.5 构建9200的嵌入式Linux系统,2019年9月18日 3,3.1 嵌入式Linux系统的构建流程,嵌入式Linux的组成 嵌入式Linux的构建,2019年9月18日 4,嵌入式Linux的组成,嵌入式Linux由以下三个部分组成为： Bootloader（引导加载器） 内核 根文件系统,2019年9月18日 5,嵌入式Linux的构建,在嵌入式Linux的构建中，Bootloader和Linux内核一般都有相对成熟的代码。主要的工作有两步： 第一步是根据本系统硬件平台的状况进行移植; 第二步是交叉编译源代码进行编译，形成运行时需要的映象（Image）文件。,2019年9月18日 6,嵌入式Linux的构建,Bootloader的移植,2019年9月18日 7,嵌入式Linux的构建,Linux内核的移植,2019年9月18日 8,嵌入式Linux的构建,Linux内核的启动并不依赖于根文件系统（rootfs），但是要保证Linux内核的正常运作，还是需要根文件系统的支持。 在构建系统的过程中需要为系统生成根文件系统的映像文件，让Linux内核在启动的时候挂接（mount）根文件系统。,2019年9月18日 9,3.2 Bootloader,嵌入式linux的引导方式 Bootloader的作用,2019年9月18日 10,嵌入式linux的引导方式,启动加载（Boot Loader）模式： 启动加载模式也称为“自主”（Autonomous）模式。在这种情况下，Boot Loader 从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到 RAM 中运行，整个过程并没有用户的介入。 下载（Downloading）模式： 在下载模式中，目标机上的 Boot Loader 将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机（Host）下载文件。工作于这种模式下的 Boot Loader 通常都会向它的终端用户提供一个简单的命令行接口。,2019年9月18日 11,嵌入式linux的引导方式,根据所使用的存储介质和开发阶段的不同，可以采用不同的系统引导方式： 使用可固化存储设备（如FLASH） 使用磁盘设备 通过网络引导,2019年9月18日 12,Bootloader的作用,Bootloader是系统启动后首先运行的程序，对于嵌入式linux操作系统的Bootloader，其最基本的功能是加载linux的内核并运行。 Bootloader一般还具有以下的功能： 通讯功能 FLASH相关功能 用户接口功能,2019年9月18日 13,3.3 Linux内核,Linux内核配置和编译的流程 Linux内核配置 Linux内核的编译,2019年9月18日 14,Linux内核配置和编译的流程,Linux内核从配置到安装大致有如下步骤： 配置内核：最常见的命令为 make menuconfig 建立依赖关系：最常见的命令为 make dep 编译内核：最常见的命令为 make 或 make zImage 编译内核模块：最常见的命令为 make modules 安装内核模块：最常见的命令为 make modules_install 安装内核：最常见的命令为 make install,2019年9月18日 15,Linux内核配置和编译的流程,在内核源代码目录下输入“make XXXconfig”等命令之一就可以对内核进行配置： make config提供了一个命令行界面，然后对每一个内核选项依次询问用户的选择。 make menuconfig提供了一个基于终端curses 的图形界面配置菜单。 (apt-get install libncurses5-dev) make xconfig提供了一个基于GTK 的X Window 图形界面配置菜单。 make oldconfig和make config类似，不过它只提示用户设置之前没有配置过的选项。,# make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux- menuconfig,2019年9月18日 16,Linux内核配置,内核都会在配置完后生成一个.config文件，还会产生大量的符号连接和头文件，这些在其余的创建过程中会用到。.config 文件中保存了根据在menuconfig中的选择定义的相应变量，在Linux内核目录下的Makefile文件中将会包含这个文件。,重要的内核选项包括： Code maturity level options （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） Filesystems （文件系统） Console drivers （控制台驱动）,2019年9月18日 17,Linux内核的编译,建立内核依赖关系（linux-2.6.x不再需要这个步骤）： # make dep 编译内核： # make zImage 或者 # make 单独地编译内核模块： # make modules 如果编译成功，所生成的内核映像文件将放置在arch/$ARCH/boot目录下，对于ARM 架构来说就是 arch/arm/boot 目录。,2019年9月18日 18,3.4 根文件系统,Linux下的文件系统 嵌入式Linux的文件系统介绍 Linux的根文件系统,2019年9月18日 19,Linux下的文件系统,在UNIX系统中，文件系统是最基本的资源。在系统内核和文件系统之间制定一个标准的接口而实现的，不同文件结构之间可以通过该接口方便地交换数据。Linux正是使用这种方式，在系统内核和文件系统之间提供了一种标准接口VFS（virtual file system，虚拟文件系统）。 Linux下的文件系统，由虚拟文件系统和实际的文件系统两个层次组成。目前常用的有EXT2、CRAMFS、JFFS2、NFTL、NFS和RAM 磁盘文件系统等。,2019年9月18日 20,Linux下的文件系统,2019年9月18日 21,嵌入式Linux的文件系统介绍,在嵌入式Linux中，常见的文件系统有以下几种： EXT2/3 （扩展文件系统2/3） ROMFS （Read Only Memory File System，只读文件系统） CRAMFS （Compress Read Access Memory File System，压缩只读文件系统） JFFS2 （Jounaling FlashFilesystem 2，日志文件系统2） NFS （Net File System，网络文件系统） YAFFS （Yet Another FlashFile System，另一种FLASH文件系统）,2019年9月18日 22,Linux的根文件系统,Linux 的根文件系统的主要目录： /bin：包含基本的用户命令工具程序 /sbin：包含基本的系统管理程序 /boot：包含内核映像及启动相关文件 /etc：（excutive time config）包含系统配置文件和脚本 /lib：包含系统库和内核模块 /usr：用户程序及库目录 /home：用户主目录 /root：root 用户主目录 /dev：设备文件目录，目录下的每个文件代表一个设备 /opt：额外软件包所在目录 /mnt：文件系统临时挂装目录 /var：包含运行时改变的文件，例如lock 和log 文件 /proc：内核创建和使用的虚拟文件系统，存放运行时系统信息 /tmp：临时文件目录,2019年9月18日 23,3.5 构建9200的嵌入式Linux系统,0x1000 0000,0x1001 FFFF,大小：0x20000 128KB,boot.bin,0x1002 0000,0x1003 FFFF,大小：0x20000 128KB,u-boot.bin.gz,0x1004 0000,0x1005 FFFF,大小：0x20000 128KB,u-boot环境变量,Linux Kernel,0x1006 0000,0x1045 FFFF,大小：0x400000 4MB,cramfs根文件系统,0x1046 0000,0x1085 FFFF,大小：0x400000 4MB,用户可用空间,0x1086 0000,0x10FF FFFF,大小：0x7A0000 8MB-384KB,Bootloader,第一级,第二级,JFFS2 or YAFFS,文件系统,rootfs根文件系统,Linux 2.6.38 内核,(只读),(可读可写),16MB NorFlash,2019年9月18日 24,1 boot.bin的移植,#define BOOT_VERSION “Boot 1.1 for CUGB“ #define SRC 0x10020000 /u-boot压缩文件在Flash中的地址 #define DST 0x21f00000 /u-boot.bin运行地址 #define LEN 0x020000 /u-boot压缩文件长度,作用,初始化硬件：CPU CLK ; SDRAMC ; EBI,运行u-boot.bin,从Flash中解压u-boot.bin.gz至SDRAM中,A 修改boot/main.c文件,B 修改boot/Makefile文件，指定交叉编译器,CROSS_COMPILE = /usr/local/arm/2.95.3/bin/arm-linux-,C 执行make命令开始交叉编译,步骤,BootLoader,2019年9月18日 25,2 u-boot的移植,作用,进一步初始化硬件：USB ; Ethernet ,运行Linux Kernel,提供下载、文件烧写等工具：loadb;tftp;cp.b;erase;nand;bootm,A 下载 u-boot-1.3.4 源码包,D 修改Makefile文件，指定交叉编译器,ifeq ($(ARCH),arm) CROSS_COMPILE = arm-softfloat-linux-gnu-,E make distclean (仅一次) ; make at91rm9200dk_config(仅一次) ; make,步骤,B 解压源码包至/home/at9200/u-boot/下,C 根据硬件修改相关文件,include/configs/at91rm9200dk.h ; cpu/arm920t/start.S ,F gzip c u-boot.bin u-boot.bin.gz 压缩u-boot.bin文件,BootLoader,2019年9月18日 26,3 bootloader烧写及使用,烧写,裸板烧写,在已有u-boot的板上烧写:,J1跳线至C，DBG串口提示CCC.,用串口的Xmodem协议下载9200loader.bin,自动执行9200loader.bin后，用串口的Xmodem协议下载u-boot.bin,自动运行u-boot程序,用u-boot提供的loadb、tftp等命令下载待烧写的文件(如boot.bin;u-boot.bin.gz)至SDRAM，再用cp.b命令烧写文件至Flash,用u-boot提供的loadb、tftp等命令下载待烧写的文件 (如boot.bin;u-boot.bin.gz)至SDRAM， 再用cp.b命令烧写文件至Flash,BootLoader,2019年9月18日 27,4 u-boot的使用,常用命令,tftp 21000000 XXXX.YYY 或 loadb 21000000,erase 10000000 1001FFFF 或 erase 1:0 NorFlash操作命令,cp.b 21000000 10000000 20000 NorFlash操作命令,boot ; bootm ; go ,printenv ; setenv ; saveenv 环境变量有关命令,nand read; nand write; nand info NandFlash操作命令,nfs ; nboot ; tftpboot ; ping 网络相关操作命令,help ; ? ; 查看帮助命令,protect off all 或 protect off 1:0 或 protect off 10000000 1001FFFF,BootLoader,2019年9月18日 28,1. 下载Linux内核源码包(Linux-2.6.38)和针对at91的补丁包(2.6.38- at91.patch.gz),2. 解压内核源码包再打上补丁：tar zxvf linux-2.6.38.tar.gz,zcat 2.6.38-at91.patch.gz | patch p1,3. 修改Makefile文件,ARCH ?= arm CROSS_COMPILE ?= arm-none-linux-gnueabi-,注释掉#LDFLAGS_BUILD_ID = $(patsubst -Wl$(comma)%,%,4. 根据硬件修改相关文件：arch/arm/mach-at91/board-rm9200dk.c,arch/arm/mach-at91/at91rm9200_device.c ,5. make distclean ; make at91rm9200dk_defconfig (这两条命令执行一次即可),6. make menuconfig,7. make 在arch/arm/boot/生成zImage和Image,8. mkimage -n linux-2.6.38 -A arm -O linux -T kernel C none -a 0x20008000 -e 0x20008040 -d arch/arm/boot/zImage uImage2638,9. 用u-boot 烧写uImage2638至Flash，设置env的启动参数,Linux Kernel,2019年9月18日 29,根文件系统,1 交叉编译busybox (准备Linux命令工具),A 下载busybox源码包(busybox-1.7.2),B 解压busybox源码包,C make menuconfig,D 编辑Makefile,ARCH = arm CROSS_COMPILE = arm-linux-,E make,F make install 讲交叉编译的busybox文件和目录安装到_install下,2 制作根文件系统,C mkcramfs rootfs rootfs.cramfs 将准备好的根文件系统打包,A 将_install目录下的目录和文件拷贝至rootfs下(cp arf * ./rootfs),B 建立rootfs下必需的目录和文件(库文件要使用CROSS_COMPILE下的库),D 用u-boot将rootfs.cramfs烧写至NorFlash,E 设置Linux引导参数，使Linux根挂载至rootfs.cramfs所在分区,root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console