（通信与信息系统专业论文）基于superh架构的android系统移植与设计.pdf

摘要 近年来，伴随着智能型手机的崛起，手机操作系统也逐渐受到重视。以前 手机操作系统大多是手机厂商自行研发且封闭的系统；自g o o g l e 公司开始涉足 手机市场，并着手开发一个完全免费开放的手机操作系统平台a n d r o i d ，全球相 关企业和高校界争先相研究a n d r o i d 系统的开发及应用【l 】【2 1 。 a n d r o i d 系统官方目前只提供对a r m 平刽8 】【9 】【1 0 1 2 1 1 的支持3 3 1 1 3 4 1 1 3 6 1 ，有能力 移植a n d r o i d 系统到非a r m 平台的厂商通常不愿公开移植的步骤和代码。目前 针对a n d r o i d 系统移植尤其是非a r m 硬件架构移植的文献非常稀缺口7 】【3 8 】【3 9 】，故 急需开展非a r m 硬件架构的移植工作。而s u p e r h 6 j 【7 j 是一款r e n e s a sr i s c 嵌入 式微处理器核，是一个有代表性的非a r m 硬件架构。针对以上现状，本文研究 并实现了基于s u p e r h 架构的a n d r o i d 系统移植。 本文主要的工作集中以下几个部分： 论文在分析a n d r o i d 系统与s u p e r h 架构的基础上，提出了u b o o t 、内核、 a n d r o i d 层次化分析及移植思路； 在系统启动内核前，有许多工作要做。例如：需要将硬件设置为稳定状态， 需要将内核加载入主存等，故本文首先以u b o o t 为例分析并实现b o o t l o a d e r 移 植； 在进入a n d r o i d 系统前，必须先启动内核。移植工作量最大的部分是驱动移 植，而内核同驱动密切相关，故本文在分析并实现u b o o t 移植后分析并实现内 核驱动移植，在这部分以三个常用的模块为例实现驱动移植； 内核引导后，不同的系统进入各自的i n i t 进程，进而开始运行用户空间软件。 本文在这部分重点分析并实现c o p y b i t 硬件加速功能，该移植工作涉及用户空间 及内核空间的多个方面，而目前鲜有文献分析论述这部分内容，故本为对该部 分给予了详尽的分析。 在描述移植理论和技术的章节中，本文详细分析了代码的组织结构，逻辑 框架和移植思路。经过将近一年的努力，移植工作已经告一段落。目前使用的 r 2 r 开发板已经可以运行的l i n u x 系统，也可以进入到a n d r o i d 的启动界面，移 植的预期目标完成。 关键词：s u p e r h ；a n d r o i d ；移植；内核 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，a l o n gw i t ht h er i s eo fs m a r tp h o n e s ，m o b i l ep h o n eo p e r a t i n g s y s t e mh a sg r a d u a l l yt a k e ns e r i o u s l y m o s to f t h em o b i l ep h o n eo p e r m i n gs y s t e mi s t h em o b i l ep h o n em a n u f a c t u r e r so w nr & da n dc l o s e ds y s t e m ；s i n c eg o o g l eb e g a n t og e ti n v o l v e di nt h em o b i l ep h o n em a r k e t ，a n ds t a r t e dt od e v e l o pac o m p l e t e l yf r e e a n do p e nm o b i l eo p e r a t i n g s y s t e mp l a t f o r m ，a n d r o i d ，g l o b a lc o m p a n i e s a n d u n i v e r s i t i e ss e c t o rc o m p e t e dp h a s et os t u d yt h ed e v e l o p m e n to ft h ea n d r o i ds y s t e m a n da p p l i c a t i o n t h ea n d r o i ds y s t e mo f f i c i a ls u p p o r tf o rt h ea r m p l a t f o r mh a st h ea b i l i t yt o t r a n s p l a n t a t i o na n d r o i ds y s t e mt oan o n a r mp l a t f o r m s ，m a n u f a c t u r e r sa l eu s u a l l y r e l u c t a n tt oo p e nt h ep o r t a b l es t e p sa n dc o d e f o rt h et r a n s p l a n t a t i o no ft h ea n d r o i d s y s t e me s p e c i a l l yn o n a r ma r c h i t e c t u r e st r a n s p l a n tl i t e r a t u r e i sv e r ys c a r c e ，i ti s u r g e n tt oc a r r yo u tt h et r a n s p l a n t a t i o no fn o n - a r ma r c h i t e c t u r e s s u p e r hi s 岛 r e n e s a sr i s ce m b e d d e dm i c r o p r o c e s s o rc o r e ，i sar e p r e s e n t a t i v eo fn o n - a r m a r c h i t e c t u r e s a b o v et h es t a t u sq u o ，r e s e a r c ha n dt r a n s p l a n t a t i o na n d r o i ds y s t e m b a s e do nt h es u p e r ha r c h i t e c t u r e t h em a i nw o r ko ft h i sp a p e rf o c u so nt h ef o l l o w i n gs e c t i o n s ： p a p e r sb a s e do na n a l y s i so ft h ea n d r o i ds y s t e ma n dt h es u p e r ha r c h i t e c t u r e ， u b o o t ，k e r n e l ，a n d r o i d - l e v e la n a l y s i sa n dt r a n s p l a n t a t i o ni d e a s ； b e f o r et h es y s t e mt ob o o tt h ek e r n e l ，t h e r ea l eal o to fw o r kt od o s u c ha s ： h a r d w a r en e e d st ob es e tt oa s t e a d ys t a t e ，t h en e e dt ol o a dt h ek e r n e li n t om a i n s t o r a g e ，t h i sp a p e rf i r s tu b o o t ，f o re x a m p l et oa n a l y z ea n da c h i e v eb o o t l o a d e r t r a n s p l a n t a t i o n ； i n t ot h ea n d r o i ds y s t e m ，y o um u s tf i r s tb o o tt h ek e r n e l t h el a r g e s tp a r to ft h e t r a n s p l a n tw o r k l o a dd r i v et r a n s p l a n t a t i o n ，t h ek e r n e li sc l o s e l yr e l a t e dt ot h es a m e d r i v e ，s ot h ea n a l y s i sa n dt h ek e r n e l d r i v e rt r a n s p l a n t a t i o na n da c h i e v eu b o o t t r a n s p l a n t a t i o n ； a f t e rt h ek e r n e lb o o tt h es y s t e mi n t ot h ei n i tp r o c e s s ，a n dt h e nb e g a nt or u n u s e r - s p a c e s o f t w a r e t h ea n a l y s i si nt h i sp a r to ft h ef o c u sa n da c h i e v ec o p y b i t h a r d w a r ea c c e l e r a t i o n ，t h et r a n s p l a n ti n v o l v e sm a n ya s p e c t so ft h eu s e rs p a c ea n d k e r n e ls p a c e ，t h ec u r r e n th a sb e e na n a l y z e da n dd i s c u s s e dt h i sp a r t ，t h i si st h ep a r tt o g i v ead e t a i l e da n a l y s i s i nt h es e c t i o nd e s c r i b i n gt h et h e o r ya n dt e c h n o l o g yo ft r a n s p l a n t a t i o n ，ad e t a i l e d a n a l y s i s o ft h eo r g a n i z a t i o n a ls t r u c t u r eo ft h ec o d e ，t h el o g i c a lf r a m e w o r ka n d t r a n s p l a n t a t i o ni d e a s a f t e rn e a r l yay e a ro fe f f o r t ，t h et r a n s p l a n th a sc o m e t oa ne n d i c u r r e n t l yu s et h er 2 rd e v e l o p m e n tb o a r dc a nr u nt h el i n u xs y s t e m ，c a l la l s ob e e n t e r e di n t ot h ea n d r o i db o o ts c r e e n ，t h ee x p e c t e dt a r g e tc o m p l e t i o nt r a n s p l a n t k e y w o r d s ：s u p e r h ；a n d r o i d ；p o r t i n g ；k e r n e l 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 a n d r o i d 是一种以l i n u x 内核为基础的开放源代码操作系统，主要用于便携 设备。目前a n d r o i d 系统一般只能运行于a r m 处理器【3 】【4 】【5 】【4 2 】【4 3 1 ，而s u p e r h 是 一种性价比、体积小、功耗低的3 2 位的r i s c 嵌入式微处理器。s u p e r h 架构的 主要应用范围在消费电子、汽车电子、通信设备等领域。 目前r e n e s a s ( s u p e r h 架构所属的公司) 推出的s u p e r h 开发工具链仅可运行在 w i n d o w s 系统；目标机的b s p ( 板级支持包) 仅支持w i n c e 、p l t r o n 等r t o s ( 实 时操作系统) ，尚无a n d r o i d 系统的b s p 。 1 2 研究意义 s u p e r h 架构对l i n u x 的支持较弱，故没有可运行在l i n u x 平台的硬件调试环 境【4 】【7 】，而a n d r o i d 移植与底层密切相关，故本文分析出了一套行之有效的移植 和引导方案。 整个移植工作包括三个部分的内容：b o o t l o a d e r 移植、内核移植、a n d r o i d 户空间移植。这三个部分的代码量较大，为了便于分析，本文在首先在析代码目 录结构的基础上提出层次化结构，然后针对选择部分与有代表性的部分分析并实 现移植。 a n d r o i d 用户空间最底层的h a l ( 硬件抽象层) 代码和内核有较强的关系，它 是a n d r o i d 上层代码运行的基础。a n d r o i di n i t 进程大部分代码集中在h a l ，而 h a l 的移植需要内核提供相关支持。h a l 的移植涉及的层次较多，故本文末尾 以c o p y b i t 模块为例分析并实现h a l 层移植。 1 3 可行性分析 经调研，a n d r o i d 系统的移植工作有很强的可行性，也有很强的挑战性 【1 1 】f 1 9 】【2 0 1 1 4 6 1 。a n d r o i d 底层使用l i n u x 内核，理论上只要能移植到l i n u x 系统的硬 件平台都可成功移植a n d r o i d ，故具有较强的可行性；g o o g l e 在设计a n d r o i d 系统之初，考虑到嵌入式系统中的各种限制裁剪了许多l i n u x 系统非常低层的库 ( 例如l i b c 等) ，并扩展( 或增强) 了内核中的许多驱动，这使得a n d r o i d 的移植工 武汉理工大学硕士学位论文 作同普通l i n u x 移植有很大的差异，故有较强的挑战性。a n d r o i d 系统的移植可 以参考l i n u x 移植( 在国内已经很成熟) ，但是部分不能照搬。 现阶段关于a n d r o i d 系统移植的文献资料非常少，国内仅有几篇文献。而这 些文献全部基于a r m 架构，g o o g l e 官方对a r m 架构的研究已经比较完善，故 在a r m 架构上的移植工作需求不是那么强烈。经调研，发现国内对r e n e s a s 公 司s u p e r h 架构平台的研究相当滞后。深入调查r e n e s a s 公司及其产品后，发现 r e n e s a s 公司的官方文档和技术手册十分详细，这些文档已经足够进一步开展基 于r e n e s a s 平台的移植工作。 1 4 研究内容 基于上述背景，本论文集中讨论以下问题： 1 4 1 移植平台 本文采用的s u p e r h 架构硬件平台为s h m o b i l er 2 r 开发板( 后文简称为r 2 r 平台) ，主机工具链【1 3 】【1 8 】【2 2 】【2 3 】【2 4 】【2 6 】使用d e b i a i l 6 【2 5 1 ，本文限于篇幅不做分析 i l i l 1 5 1 1 6 j i l 刀 1 4 2u b o o t 移植设计 在硬件上电后，内核运行前需要进行配置系统时钟、初始化s d r a m 时序、 关闭看门狗、读入内核等操作f 1 2 】【1 5 】1 2 9 】【4 1 1 。这些操作需要使用b o o t l o a d e r ( 启 动引导器) 来完成，b o o t l o a d e r 的成功运行是系统进入下一阶段的条件，故本文 第二章以u b o o t 为例分析并解决b o o t l o a d e r 移植过程中涉及的相关问题，提出 了u b o o t 的移植的实现方案。 1 4 3 内核移植设计 l i n u x 内核代码规模庞大【1 4 1 0 6 1 1 2 7 1 1 2 8 】【3 0 1 ，而且代码十分精巧，所以很难完全 分析所有代码。故本文首先根据内核目录结构提出内核层次结构，然后根据层次 结构找到与移植工作相关的目录，最后以这些目录中某些模块为例具体分析并设 计移植方案【3 1 3 5 】。 1 4 4a n d r o i d 用户空间移植设计 本文在研究a n d r o i d 移植方案时，首先分析a n d r o i d 系统层次结构，然后以 r e n e s a s 平台c o p y b i th a l 模块硬实现为例分析a n d r o i d 系统特有的一些模块移 2 武汉理工大学硕士学位论文 植。在移植工作开展期间，这部分内容尚无相关文献资料。 1 5 移植方案设计 本文在进行a n d r o i d 系统移植时，首先分别分析u b o o t 、内核、a n d r o i d 用 户空间层次化结构；然后依据该层次化结构找出它们与移植密切相关的代码；最 后跟踪这部分代码，依据硬件特性修改代码，完成移植工作。 本文在测试移植成果时，使用的系统引导方案如图1 1 。 启动r 2 r 平台 ( 启动u b o o t ) 、i ， t r p 下载内核 、 ， 启动内核 、 ， l 启动i n i 进程 、， i 加载a n d m i d g 户空闻 图1 1 引导方案 引导系统前首先编译修改后的u b o o t 代码，利用r e n e s a s 烧写器将b i n 文件 ( 编译结构) 烧写至r 2 r 平台的引导扇区；然后编译修改后的内核，并将内核镜像 拷贝到移植主机的t f t p 目录；最后编译a n d r o i d 文件系统并将它拷贝入u 盘。依 据图1 ，系统上电后会首先启动u b o o t ，在u b o o t 中分别下载、启动内核；然后 内核会到u 盘中读取i n i t 文件并启动i n i t 进程；最后，i n i t 进程会加载a n d r o i d 用户空间。 1 6 论文结构 第一章为本章，介绍了本文的背景、意义、工作内容及移植方案； 第二章介绍u b o o t 移植，首先根据代码目录结构提出代码层次结构，然后由 层次结构中的部分代码分析初始化流程，最后实现r 2 r 平台u b o o t 移植； 第三章介绍内核移植，本章首先根据代码目录结构提出代码层次结构，然后 由层次结构中的部分代码分析内核引导，最后实现多个模块驱动的移植； 第四章介绍a n d r o i d 用户空间移植，本章首先根据代码目录结构提出代码层 次结构，然后介绍a n d r o i di n i t 进程，最后以c o p y b i th a l 硬实现为例分析a n d r o i d 移植。 武汉理工大学硕士学位论文 第二章u b o o t 移植的设计与实现 硬件上电后，内核运行前需要执行配置系统时钟、初始化s d r a m 时序、关 闭看门狗、读入内核等操作。这些操作需使用b o o t l o a d e r ( 启动引导器) 来完成， b o o t l o a d e r 的成功运行是系统进入下一阶段的条件，故本文首先以u b o o t 为例分 析移植过程中的涉及的相关问题，提出了u b o o t 的移植的实现方案。 本文首先根据代码目录结构提出代码层次结构，然后由层次结构中的部分代 码分析初始化流程，最后实现r 2 r 平台u b o o t 移植。 2 1 u b o o t 目录结构分析 本文使用的u b o o t 为2 0 0 9 0 1 版本，其根目录下文件夹内容如表2 1 。 表2 1u b o o t 目录结构 目录。，特性 说明 不同的电路板的相关( 即使c p u 相同) ，例如s m d k 2 4 1 0 、 b o a r d 开发板相关 s b c 2 4 1 0 x c p u 对应不同的c o u ，在该目下有进一步的细分，例如 架构相关 a r m 9 2 0 t 下有：a t 9 1 r m 9 2 0 0 、s 3 c 2 4 x o 等 1 i bx x x某一架构下的通用文件 头文件和开发板的配置文件，开发板的配置文件位于 i n c l u d e c o n f i g s 目录下，u b o o t 中没有内核编译时类 i n c l u d e 似的m a k em e n u c o n f i g 命令做可视化的配置。在修改配 通用函数 置配置项时需要手动修改配置文件中的宏定义 1i b g e n e r i c 通用的库，例如p r i n t f 函数 u b o o t 命令行值得命令实现，一般都是对下层驱动的封 c 0 m m o n 装 d i s k硬盘文件系统的相关工具 各类具体设备的驱动程序，该目录类似内核目录的 d r i v e r s d r i v e r 子目录的内容。各种架构可以通用，使用这些 驱动时需要配置相关宏定义 f s 设备驱动程序 文件系统实现，该目录实现了各种常用的文件系统 h a n ds p ln a n df la s h 相关文件，u b o o t 以前一般从r o m ，n o r f l a s h 等设备启动，2 0 0 9 o l 版本现在已经可以支持从 o n e n a n d i p l n a n df 1 a s h 启动，但是支持的种类还不是很多。 n e t 各种网络协议 p o s t 上电自检程序 d o c 文档u b o o t 开发、使用文档 使用u b o o t 编写上层应用程序( 不加载内核) 的a p i 接口a p la p i 接口 a p i e x a m p l e s 示例程序 上层应用程序示例( 使用a p i ) e x a m p l e 上层应用程序示例( 不使用a p i ) t o o l s 工具制作各种u b o o t 镜像的工具 下面根据表2 1 给出u b o o t 层次结构如图2 1 。 4 武汉理工大学硕士学位论文 个 i ia # _ _ e x a m p l c ll t c1 应用层 l 个 i l 剐 i 栅o n接口层 l i b _ g e n e r i c 山 一 、 盎 p o s t l d i s k l 驱动层 上 i 咖删li 抵r si n e t li 盘 个 架构层 ib 。删il c 印i | l i 啦ii i i l c 山 图2 1u b o o t 层次结构 应用层：最上层的两个目录为应用层，在不引导任何内核的情况下，该层可 以使u b o o t 作为一个微型的“操作系统 运行。 接口层：由于u b o o t 支持的硬件设备具有多样性，为了使应用层代码具有通 用性，需要对驱动层中的代码抽象出通用的接口。接口层的代码提供了这些抽象。 驱动层：该层的目录是u b o o t 移植工作中的重点，当需要使u b o o t 支持某个 新硬件驱动都是在驱动层中做相应的增加和修改。在本文的r 2 r 平台移植过层中 不存在这个问题，u b o o t 中有移植需要网卡驱动。本文只需要修改u b o o t 代码配 置，使能网卡驱动即可。 架构层：该层的内容和处理器架构、硬件板密切相关，每一款c p u 和每一 块开发板都需要有对应的文件。由于c p u 和开发板的多样性，该层不可能包含 有所有的c p u 和开发板。如果自己的c p u 不在该目录中，那么可以找一块和自 己c p u 类似的c p u 相应文件，参考移植。本层中，常见架构至少都会有一块移 植好的c p u 。对于自制板的对应文件，需要自己编写。本文移植的r 2 r 平台就 是如此，需要针对r 2 r 平台特点编写。 经过上文的分析，明确了u b o o t 移植工作的重点位于架构层，架构层代码的 主线是u b o o t 的引导，下面分析并实现基于r 2 r 平台的u b o o t 引导。 2 2 u b o o t 的架构层移植设计 在a n d r o i d 项目的移植过程中，每开始移植一项内容时，由于代码和硬件不 对应，不太可能初始化成功。所以，需要详细分析架构层引导。 5 武汉理工大学硕士学位论文 在编译过程中链接脚本h 6 1 4 7 】【5 0 1 定义了整个u b o o t 的入口，以下代码引自： b o a r d r e n e s a s e c o v e c u b o o o t 1 d s ： o u t p u 名r c h ( s h ) e n t i 己y ( _ _ s t a r t ) 其中e n t r y 宏定义了u b o o t 的入口地址。在整个u b o o t 工程中搜寻s t a r t 可以找到以下文件：c p u s h 4 s t a r t s 。如果使用其他架构的c p u ，例如a r m 架构 在c p u a r m 目录中会有类似文件。为了便于分析将c p u s h 4 s t a r t s 文件部分代码 陈述如下： g l o b a l _ s t a r t s t a r t ： m o v 1 _ l o w l e v e l _ i n i t ，r 0 1 0 0 ： b s r f r 0 n o p 省略 m o v 1 _ s h _ g e n e r i c _ i n i t ，r 0 j s t r 0 n o p 重点关注有_ l o w l e v e l _ i n i t 、_ s h _ g e n e r i c _ i n i t 的两句代码，s t a r t s 在两处调用 了这两个函数，u b o o t 初始化的大部分工作都在这两个函数中完成，他们比较复 杂，之后再分析，先看看省略号中的部分： m o v 1 一b s s s t a r t ，r 4 m o v 1 _ b s s _ e n d ，r 5 m o v 拌0 r 1 3 ：m o v 1 r l ， r 4 户b s s 段初始化书 a d d f 4 ，r 4 c m p h sr 5 ，r 4 b f 3 b m o v 1 | d _ i n i t ，r 1 3 严全局数据段初始化幸 m o v 1s t a c ki n i t ，r 1 5 宰栈段初始化幸 m o v 1 _ s h _ g e n e r i c _ i n i t ，r o j s r r o n o p 以上代码完成c 语言的运行时( r u n t i m e ) 的初始化，在这段代码执行后，才能 6 武汉理工大学硕士学位论文 执行c 语言编写的源码。由此我们也可以得_ l o w l e v e l _ i n i t 函数必须使用汇编 的结论。下面先分析l o w l e v e li n i t 函数。该函数位于： b o a r d r e n e s a s e c o v e c l o w l e v e l i n i t s 如果使用其他开发板，例如s 3 c 6 4 0 0 架构在b o a r d s a m s u n g s m d k 6 4 0 0 目录中 会有类似文件。查看b o a r d r e n e s a s e c o v e c l o w l e v e l i n i t s 文件的源码，我们会发 现其中只有一句代码起作用： # i n c l u d e ”h a r d - s e t u p s ” 下面查看该目录中的h a r d s e t u p s 文件，节选部分文件如下： l i s t ”d i s a b l ew a t c h d o g ” e w0 x a 4 5 2 0 0 0 4 ，0 x a 5 0 7 省略 l i s t ”d i s a b l em m u e d0 x f f 0 0 0 010 ，0 x 0 0 0 0 0 0 0 4 省略 l i s t ”c p g e d0 x a 415 0 0 2 4 ，0 x 0 0 0 0 4 0 0 0 省略 l i s t ”b s c e d0 x f f 8 0 0 0 2 0 ，0 x a 5 a 5 0 0 0 0 省略 l i s t ”s e t u ps d r a m ” e d0 x f d 0 0 0 1 0 8 ，o x 0 0 0 0 0 1 8 1 省略 l i s t ”s e t u pc a c h e ” e do x f f 0 0 0 01c ，o x o o o 0 0 9 0 b 省略 上面的代码是整个u b o o t 最开始运行的代码，主要完成关看门狗，配置总线 ( b s c ) ，配置缓存等操作。其中的e d 、e w 等命令由b o a r d r e n e s a s e c o v e c i | 录的 中的h a r d s e t u p c m d 定义，该文件将常用的汇编指令序列定义为e d 、e w 等简化 的形式。 指令流退出l o w l e v e li n i t 函数后，再次进入c p u s h 4 s t a r t s 文件进行c 语言 运行时( r u n t i m e ) 环境的初始化，这部分工作主要是分配堆内存和栈内存。完成 堆和栈的初始化之后进入s h _ g e n e r i c _ i n i t 函数，该函数是整个u b o o t 初始化的框 架，下面将详细分析其结构。 7 武汉理工大学硕士学位论文 s h _ g e n e r i e _ i n i t 函数的定义位于l i b s h b o a r d e 文件，其他架构( 例如a r m ) 有类似函数位于l i b a r m b o a r d c 文件中。为了便于分析节选b o a r d c 文件中的部 分代码如附录。 附录a 代码是整个b o a r d c 文件的框架，也就是整个u b o o t 初始化的框架。 代码中最重要的是一个数组i n i t _ s e q u e n e e 和一个函数调用i n i t _ f n c _ p t r 。数组 i n i t _ s e q u e n c e 中的每个元素是一个函数指针，每个函数指针都在s h _ g e n e r i c _ i n i t 函数中的f o r 循环中依次调用( 回调) 。i n i t _ s e q u e n c e 中的最后一个元素是n u l l ， 使得f o r 循环的条件不满足从而退出f o r 循环。之后，系统后进入一个“死循环 ， 该循环中的m a i n _ l o o p o 就是u b o o t 正常工作时的主循环。下面简单分析一下 m a i n _ l o o p o 函数。该函数位于：c o m m o n m a i n e 文件。 卜 幸m a i nl o o pf o rm o n i t o rc o m m a n dp r o c e s s i n g 卑| f o r ( ；) l e n = r e a d l i n e ( c o n f i q s y s _ p r o m p t ) ； f l a g = o ；产a s s u m en os p e c i a lf l a g sf o rn o w 幸 i f ( 1 e n 0 ) s t r c p y ( 1 a s t e o m m a n d ，c o n s o l e _ b u f f e r ) ； e l s ei f ( 1 e n 一0 ) f l a gl - c m d _ f l a g _ r e p e a t ； i f ( 1 e n 一一1 ) p u t s ( ” h a ”) ； e l s e r e = r u n c o m m a n d ( 1 a s t e o m m a n d ，f l a g ) ； i f ( r e 该循环读取键盘键入的命令，并且执行它。该循环对应于u b o o t 实际工作时 我们键入命令后，u b o o t 响应命令，实际上这个循环式u b o o t 工作时的主循环。 到了这里整个u b o o t 的初始化流程已经介绍完毕，这里还有两点需要补充： 8 武汉理工大学硕士学位论文 第一点是：一l o w l e v e l i n i t 、_ s h _ g e n e r i c _ i n i t 两个函数定义时名字前没有下划 线，而调用时有下划线，实际上他们是同一个函数。在定义和调用时的这个差异 是由编译器为满足符号解析时做出的处理，使用纯c 语言编程时不会出现这个 问题。在有c 语言和汇编混合编程时，c 语言中的函数和汇编对应的“函数 ( 函 数入口地址的标签) 会有一个下划线的差异。 第二点是：在l i bs h b o a r d c 文件中，数组i n i ts e q u e n c e 中的元素已经被初 始化为了：c p u 、 等元素，而这些元素是在哪里定义_ i n i t b o a r di n i tb o a r dl a t ei n i t 的呢? 首先我们需要搞清楚这些元素是些什么东西。节选部分代码如下： t y p e d e fi n t ( i n i tf n ct 1 ( v o i d ) ； 一一“- r i n i t f n c t 率i n i t s e q u e n c e 】= 省略 有以上代码，我们知道数组i n i ts e q u e n c e 中的每个元素是一个函数指针，指 向该函数的入口地址。那么我们下面就需要寻找这些函数的定义了，一般说来， l i b s h 目录中的文件会定义绝大部分函数，c p u 相关的函数会定义在c p u s h 4 q b ， 而板级相关的函数会定义与b o a r d r e n e s a s 中，其他架构的代码结构类似。由于本 次移植使用的板子c p u 相关的代码u b o o t 中已经包含，但是板级相关的代码并不 匹配，所以需要在b o a r d r e n e s a s e c o v e c 目录定义需要的几个函数。 经过以上的分析，我们对u b o o t 的初始化流程应该有了一定的认识，移植 u b o o t 的思路也就清晰了。 下面将u b o o t 的初始化流程总结在表2 2 。 表2 2u b o o t 初始化序列 函数名所属文件作用 s t a r t c p u s h 4 s t a r t s 调用一l o w l e v e l i n i t 函数 1 、关看门狗； l o w l e v e li n i tb o a r d r e n e s a s e c o v e c l o w l e v e li n i t 。s 2 、配置总线( b s c ) 3 、安装缓存 1 、cr u n t i m e 初始化 s t a r t c p u s h 4 s t a r t s 2 、调用一s h g e n e r i c i n i t 1 、调用初始化序列 s h _ g e n e r i c _ i n i t l i bs h b o a r d c 2 、调用主循环( m a i n l o o p ) m i a n _ l o o p c o m m o n m a i n c 执行键入的命令 表2 2 中的所有函数都在前文中作出说明，最重要的是初始化序列，该序列 是整个u b o o t 引导过程的主体，移植时的主要工作也沿着该序列进行，是分析 u b o o t 移植的重点。 9 武汉理工大学硕士学位论文 2 3 u b o o t 移植设计的技术分析 前一小节详细分析了u b o o t 的初始化流程，在移植u b o o t 时的基本思路是跟 随程序执行的流程，查看到哪一步后系统的状态与预期不一致，定位出问题所在 以便修改代码。 根据上一节的分析结果，本文将u b o o t 初始化时的流程整理为表( 位于下一 节) 。读者在阅读本节时可以参照该表。u b o o t 最先运行的代码位于 b o a r d r e n e s a s e c o v e c l o w l e v e l i n i t s 。 在实际使用u b o o t 的过程中需要使用网卡的功能，而根据网卡电路 l a n 9 1 c 1 1 1 1 挂载在系统的b s c 总线上，故在l o w l e v e li n i t 函数中需要配置b s c 总线的时序，使用的开发板为r 2 r 使用的总线区域为b s c 6 a 。 之后进入初始化序列，本文将r 2 r 的管腿配置( p f c 模块) 放在 b o a r d r e n e s a s e ：c o v e c e c o v e c c 文件中的b o a r di n i t 函数中。另外，由于u b o o t 的 打印输出使用串口，而串口在u b o o t 的初始化序列中初始化，故只有面一部分的 初始化函数可以观察到打印信息。 针对r 2 r 平台，大段的代码修改只有这两个部分。还有一个文件需要做相应 的修改，该文件为：i n c l u d e c o n f i 皆 e c o v e c h 。u b o o tt 程中没有类似于k e r n e l 中 的k c o n f i g 系统，它针对每一块开发板提供一个配置文件，u b o o t 源码中没有本 文使用的r 2 r 开发板，故使用与其相近的c c o v c c 开发板的配置文件。该文件定 义了u b o o t 中使用的功能和驱动，该文件的具体编写方法参阅u b o o t 源码文档 r e a d m e ，该文档详述了配置文件中每一个宏定义的含义以及使用方法。 2 4 小结 移植u b o o t 时最大的难点在分析u b o o t 架构层的引导，目前还没有全面论述 这部分内容的文献。本章首先分析论述了u b o o t 的目录结构和代码层次，之后总 结u b o o t 初始化流程，最后提出了针对r 2 r 平台的移植方案。 由于a n d r o i d 系统使用l i n u x 内核，下一章将分析基于r 2 r 平台l i n u x 内核 驱动的移植。 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 第三章内核驱动移植设计与实现 第二章，已经能成功移植u b o o t ，本章分析并实现内核驱动移植。首先分析 内核的目录结构，提出内核层次结构；之后总结一下内核移植常用技巧【1 5 】【1 6 1 1 刀； 最后以及各具体硬件为例分析内核驱动的移植，对内核移植的细节做一个全面的 分析。 3 1 内核目录结构层次化分析 本文移植的k e r n e l 为2 6 3l 版本，内核目录结构如表3 1 。 根据表3 1 ，给出内核的分层结构。 iiiil o p e n w r i t er e a di o e t lc l o s e 个 vvvvv 一 i i 拟文f s 件系统 l 接口层 i 小 丁 i 进譬理i i 网警制i 内 核 驱动层 上 架然关il 内需理ll 抓倦b 黝l o c k 层s 咖i n， 图3 1k e m e l 层次结构 内核代码按照功能内核可以分为：进程管理、内存管理、文件系统、设备控 制、网络功能等几大模块【2 6 1 4 4 1 。每个模块的规模都很大，移植时我们主要关注 的部分属于设备控制中的驱动部分，每一块开发板的硬件结构都不一样，需要针 对硬件增加或修改驱动。 图3 1 把内核分为两层，下层为驱动层、上层为虚拟文件系统层。这两层分 别对应内核的两大功能，驱动层对下层硬件进行管理；虚拟文件层为上层l i n u x 应用程序提供接口。 经过本节的分析，我们对内核的层次有了一定的认识，下一小节将分析内核 武汉理工大学硕士学位论文 代码的一些特点和技巧。 表3 - l 内核目录结构 目录名描述 体系结构相关的代码，对于内核支持的每个架构的c p u ，该目 a r c h 录下都有一个对应的子目录。例如：a r c h a r m 、a r c h j 3 8 6 、 a r c h s h 。 b l o c k 块设备的通用函数 通常加密解密算法( 如a e s 、s h a 等) ，还有一些压缩和c r c 校验 c r y p t o 算法 d o c u m e n t a tio n内核文档 设备驱动的主要