（电路与系统专业论文）基于arm9的android终端系统的研究与实现.pdf

摘要 随着信息技术的不断发展和移动互联网时代的到来，越来越多的移动终端 设备开始走进人们的日常生活，新的终端产品层出不穷，展示了其巨大的市场 前景。伴随着移动终端设备的智能化、多功能化，嵌入式操作系统在移动终端 设备中起着举足轻重的作用，寻找一款稳定、开放的嵌入式终端系统，成为各 大终端设备开发商的当务之急。a n d r o i d 操作系统以g o o g l e 公司为后盾，博众 取长，以其友好的人机交互界面和开源等优点成为各大厂商的首选。a n d r o i d 是g o o g l e 公司专门为移动终端设备定制的o s 平台，以其可定制性、稳定性适 应不同的硬件平台，在短短几年内占领绝大部分终端市场。a n d r o i d 要继续扩 大市场，必将向低功耗、高性能、低成本的方向发展。 本文针对a n d r o i d 的发展趋势，提出了将a n d r o i d 终端系统移植到a r m 9 平台的课题，预计建立一个稳定的平台并提供一个可用的移植方案，应用到 a n d r o i d 终端设备的低端市场。本文所做主要工作包括：采用u b o o t 作为 a n d r o i d 终端系统的引导加载程序，分析了u b o o t 的启动流程，对u b o o t 进行了 移植，并在原有功能的基础上添加u s b 、n a n df l a s h 、y a f f s 2 和双启动相关的模块 代码增加优良的功能以极大程度地满足开发和系统的需求。本文改进后的 u b o o t 在文件系统镜像加载速度、镜像烧写速度以及用户界面友好性等方面比开 源的u b o o t 有很大的改善。分析目标板硬件与a n d r o i d 运行所需基本硬件、 a n d r o i d 内核与l i n u x 内核的不同，根据既有移植方案的缺陷，采用向a n d r o i d 内核中移植2 4 4 0 目标板的板级支持包的方案，根据既有硬件资源对a n d r o i d 内 核源码进行修整使其适应目标机。这种方案比既有方案代码改动量少，出错率 低。采用2 6 版本内核提供的系统模型来设计目标板的外围设备驱动程序，充 分利用系统模型的优越性。驱动程序的设计过程中，内核比较完善的驱动参考 已有的代码进行移植，系统未实现的驱动以及版本比较老的驱动根据系统模型 进行重新设计。该方案比传统的驱动程序设计方法节省工作量的同时也提高了 与系统紧密结合度。分析目标机和a n d r o i d 2 1 所支持的指令架构，采用对原生 的a n d r o i d 文件系统进行指令降级的方式来兼容目标板的体系结构，并针对目 标板平台对文件系统进行修改，在将a n d r o i d 文件系统移植到目标板平台的过 程上达到了技术上的创新。经过一系列的整合测试以及系统优化，本文所实现 的终端系统软硬件性能良好、运行稳定，从而验证了系统可以应用到终端设备 低端市场的可行性。 关键词：a n d r o i d ，终端系统，a r m 9 ，系统移植，l i n u x l i a b s t r a c t w i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h ea r r i v a lo f m o b i l ei n t e r n e te r a ，t h e r ea r em o r ea n dm o r em o b i l et e r m i n a le q u i p m e n t sa p p e a r i n g i np e o p l e sd a i l yl i f e ，t h en e wt e r m i n a lp r o d u c t se m e r g ei na ne n d l e s ss t r e a m ，s h o wi t s t r e m e n d o u sm a r k e tp r o s p e c t a l o n gw i t hi n t e l l i g e n c ea n dm u l t i f u n c t i o n o ft h e m o b i l et e r m i n a le q u i p m e n t ，e m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e mp l a yad e c i s i v er o l e i n m o b i l et e r m i n a le q u i p m e n t ，l o o k i n gf o ras t a b l ea n do p e ne m b e d d e dt e r m i n a ls y s t e m ， h a sb e c o m eap r e s s i n gm a t t e ro ft h em a j o rt e r m i n a le q u i p m e n td e v e l o p e r s a n d r o i d o p e r a t i n gs y s t e mt a k eg o o g l ec o r p o r a t i o na st h eb a c k i n g , w i t h i t sf r i e n d l ym a l l - m a c h i n ei n t e r f a c ea n do p e ns o u r c eh a sb e c o m et h em a j o rm a n u f a c t u r e r sp r e f e r r e d a n d r o i di s g o o g l ec o m p a n ys p e c i f i c a l l y f o r t h em o b i l et e r m i n a l e q u i p m e n t c u s t o m i z a t i o no sp l a t f o r m ，w h i c hc a l lb ec u s t o m i z e d ，s t a b i l i t ya n da d a p tt od i f f e r e n t h a r d w a r ep l a t f o r m ，i naf e ws h o r ty e a r s ，o c c u p y i n gm o s to ft h et e r m i n a lm a r k e t i tw i l l b el o w p o w e r ，h i g hp e r f o r m a n c ea n dl o w c o s tr o u t ef o ra n d r o i dt oe x p a n dt h em a r k e t a c c o r d i n gt ot h ed e v e l o p m e n tt r e n do fa n d r o i d ，t h i sa u t h o rp r o p o s et h ep r o j e c t o fa n d r o i dt e r m i n a ls y s t e mt r a n s p l a n t e dt ot h ea r m 9p l a t f o r m ，e x p e c tt ob u i l da s t a b l ep l a t f o r ma n dp r o v i d e sa na v a i l a b l et r a n s p l a n ts c h e m e ，a p p l yi tt ot h el o w - e n d m a r k e to fa n d r o i dt e r m i n a l o u rw o r ki nt h i sp a p e ri ss h o w e da sf o l l o w ：t h ea r t i c l e a d o p t su b o o ta st h eb o o t l o a d e ro ft h ea n d r o i dt e r m i n a ls y s t e m ，a n a l y z e st h es t a r t u p p r o c e s so fu b o o t ，t r a n s p l a n t su b o o tt ot a r g e tb o a r dp l a t f o r ma n di m p r o v e st h ef i n e f u n c t i o nt om e e tt h en e e d so ft h ed e v e l o p m e n ta n ds y s t e mb a s e do nt h eo r i g i n a l f u n c t i o n c o m p a r i n go ft h eo p e ns o u r c eu b o o t ，t h ei m p r o v e d u b o o to ft h i sp a p e rh a sa b i gi m p r o v e m e n ti nt h el o a d i n gs p e e do ff i l es y s t e mm i r r o ra n df r i e n d l yi n t e r f a c eo f u s e r t h ea r t i c l ea n a l y z e st h ed i f f e r e n c eo ft a r g e th a r d w a r ea n da n d r o i do p e r a t i o n s b o a r db a s i ch a r d w a r e ，a n d r o i dk e r n e lw i t hl i n u xk e r n e l a c c o r d i n gt ot h ed e f e c t so f t r a n s p l a n ts c h e m e ，t h es o l u t i o nt h a tt r a n s p l a n t i n gt h eb o a r ds u p p o r tp a c k a g eo f2 4 4 0 t a r g e tb o a r dt oa n d r o i dk e r n e li sa d o p t e d ，t h ea n d r o i dk e r n e ls o u r c ei sr e n o v a t e dt o f j tt h et a r g e tm a c h i n e t h i ss c h e m ec h a n g e sl e s sc o d ea n dh a sl o w e re r r o rr a t et h a n t h eo l ds c h e m e s y s t e mm o d e lw h i c hi sp r o v i d e db yt h ek e r n e lo f2 6v e r s i o ni s a d o p t e dt od e s i g np e r i p h e r a ld e v i c ed r i v e ro ft a r g e tb o a r d ，i tm a k ef u l l u s eo ft h e i i i s y s t e mm o d e l sa d v a n t a g e s c o m p a r i n gt h et r a d i t i o n a ld r i v e rd e s i g nm e t h o d ，t h i s s c h e m es a v et h ew o r k l o a da n di m p r o v e st h es y s t e ms c i e n t e c hc l o s e l y t h ea r t i c l e a n a l y z e st h ec o m m a n ds t r u c t u r eo ft h et a r g e tm a c h i n ea n da n d r o i d 2 1 ，t h em e t h o d t h a tr e l e g a t e si n s t r u c t i o n so fa n d r o i df i l es y s t e mi sa d o p t e dt of i tt h es y s t e ms t r u c t u r e o ft a r g e tb o a r d ，m o d i f yt h ef i l es y s t e mi nt h el i g h to ft h et a r g e tb o a r dp l a t f o r m ，t h e p r o c e s st h a tt r a n s p l a n t sa n d r o i df i l es y s t e mt ot a r g e tb o a r dp l a t f o r ma c h i e v e st h e t e c h n o l o g yi n n o v a t i o n a f t e ras e r i e so fi n t e g r a t i o nt e s t i n ga n ds y s t e mo p t i m i z a t i o n ， t h es y s t e mh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo ft e r m i n a ls y s t e mw h i c hi sr e a l i z a t e di nt h i s a r t i c l eh a sag o o dp e r f o r m a n c e ，i tp r o v e st h es t a b i l i t yo fs y s t e ma n dt h a ti tc a nb e u s e dt ov e r i f yt h ef e a s i b i l i t yo ft h et e r m i n a le q u i p m e n t k e yw o r d s ：a n d r o i d ，t e r m i n a ls y s t e m ，a r m 9 ，s y s t e mt r a n s p l a n t a t i o n ，l i n u x i v 武汉理一r ：大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题的研究背景和意义 近几年来，随着移动互联网时代的到来，a n d r o i d 已经从最初的智能电话 领域逐渐进入教育、医疗、军事、汽车、家居等重要领域。它一路披荆斩棘， 攻城拔寨，发展势头有目共睹，已经成为移动平台领域当之无愧的王者。2 0 1 1 年1 月至3 月，a n d r o i d 占领了全球大部分的手机市场，市场份额首次超过了塞 班系统上升到全球第一【1 l ：2 0 1 2 年第一季度数据显示，a n d r o i d 占领了中国 6 8 4 的智能手机操作系统市场，在全球市场占有率为5 2 5 f 2 j 。 现在a n d r o i d 系统已经应用到很多终端设备比如智能相机，m p 3 ，平板电 脑，智能电视，m p 4 ，上网本，智能手机等。相信在不久的将来，还将会有更 多采用a n d r o i d 系统的高科技终端产品进入人们的生活1 3 j 。作为一个开源平 台，a n d r o i d 毫无疑问是最成功的，它跨界的生态圈逐渐成熟，很容易让用户 对一种产品产生习惯性的依赖而购买a n d r o i d 平台的其它产品。a n d r o i d 具有开 源，免费，足够多的开发者等这些重要资质，无疑最有机会能够统治未来的掌 上终端【4 l 。 图1 1a n d r o i d 终端的应用 武汉理工大学硕士学位论文 a n d r o i d 终端已经逐渐地应用到人们的日常生活，如图1 - 1 所利引。在日常 生活的使用中，这些应用产品中经常会有一些不可预料的b u g 和缺陷，由此可 见，目前的a n d r o i d 终端系统依然不够稳定，开发出一个稳定的a n d r o i d 终端 系统变得非常重要，加上a n d r o i d 终端系统要继续扩展市场，必将向低功耗、 低成本的方向发展。本文针对市场需求，准备把市场上普遍运行在a r m l l 处理 器上的a n d r o i d 系统移植到更低的处理器平台，提出了基于a r m 9 的a n d r o i d 终 端系统的研究与实现的课题，有一定的实际意义。 1 2 国内外研究发展现状 在西方发达国家，a n d r o i d 从2 0 0 5 年被收购注资之后，组建了开放手机联 盟对a n d r o i d 系统进行开发改良，截止到2 0 1 2 年，g o o g l e 已经发布了1 0 个版 本的a n d o r i d 系统。a n d r o i d 在几年时间内，在全球的手机市场份额跃居全球第 一，并由智能手机逐渐扩展到平板电脑及其他终端领域 6 - 7 。 从a n d r o i d 终端的整体研究来看，西方发达国家a n d r o i d 技术起步较早， a n d r o i d 终端系统的底层主要由国外的g o o g l e 公司维护，因此其产品成熟，功 能较为完善，交互性也较好【8 。9 l 。但国外的a n d r o i d 终端移植致力于高性能的市 场方向，对a n d r o i d 终端低端市场没有做太大的研究，这种局面不利于a n d r o i d 终端占领终端设备的低端市场【9 - 1 0 1 和应用到由于价格因素而制约其普及的终端 市场。 而在我国，a n d r o i d 技术起步较晚i l ，但已有不少公司从事该类产品的开 发，如深圳的华为、中兴、步步高等均在从事a n d r o i d 终端的开发【1 2 】。目前国 内的a n d r o i d 开发还是主要以应用开发为主f 5 , 1 3 l ，对a n d r o i d 底层的开发相对较 少，加之绝大部分a n d r o i d 终端系统的硬件平台还掌握在外国公司的手中，国 产的a n d r o i d 终端系统在兼容性、市场运作模式、技术含量等方面有很多不 足，有很多地方需要改进【1 4 l 。国内的a n d r o i d 终端要在终端领域开拓市场，在 a n d r o i d 底层开发有待加强。 本课题相关的文献对a n d r o i d 移植到a r m 9 平台进行了一个简单的分析， 对移植过程中一些效果图进行了展示，未提供具体的移植方法。已有的参考资 料在本课题的研究中均是使用s u p e r v i v i 黑盒镜像对a n d r o i d 终端系统进行引 导，对终端系统的实现过程没有提供具体的移植方案，并只停留在将a n d r o i d 系统移植到目标板平台。本文针对已有研究的不足，采用歼源的u b o o t 取代 2 武汉理。1 = 人学硕士学位论文 s u p e r v i v i 黑盒镜像作为a n d r o i d 终端系统引导加载程序，并对其进行改进；运 用新方案移植a n d r o i d 内核到目标板；在将a n d r o i d 终端系统移植到目标板的 基础上对整个系统进行了优化，提供一整套开源的移植方案给开发商，提供一 个纯净的移植平台给应用程序开发者。 1 3 论文的主要研究内容和组织结构 1 3 1 论文的主要研究内容 针对目前a n d r o i d 终端系统的研究现状和目标机的硬件配置，本论文的主 要研究内容如下： 1 ) 研究u b o o t 源码，对u b o o t 源码进行改进增加相应的功能以极大程度地 满足开发和系统的需求。 2 ) 研究a n d r o i d 内核源码并将其与l i n u x 内核源码进行对比，比较两者的 不同，修整a n d r o i d 内核源码适应目标机。 3 ) 研究部分外围设备驱动程序的设计与移植，充分利用系统提供的模型， 使本文设计的驱动程序充分利用系统优越性的同时与系统紧密结合。 钔研究a n d r o i d 文件系统，对其进行修整，将原本运行在a r m y 5 指令架构 上的a n d r o i d 文件系统移植到仅支持a r m y 4 指令架构的目标机上。 1 3 2 论文的组织结构 本论文组织结构如下： 第一章分析课题提出的背景以及研究的意义，国内外发展现状，并对论文 的主要研究内容和组织结构进行归纳总结。为后续的开发拟定一个提纲和思 路。 第二章a n d r o i d 终端系统的整体规划，将对整个课题进行分析，规划整个 系统的流程设计，提出总体思路，分析a n d r o i d 与l i n u x 系统的不同并搭建开 发环境，为后续的开发做好前期的准备工作。 第三章u b o o t 的移植和功能改进，从目前主流的b o o t l o a d e r 中选择兼容性最 强的u b o o t 作为研究，并针对u b o o t 的移植和改进展开讨论，给后期的移植开发 工作做铺垫。 3 武汉理t 大学硕七学位论文 第四章a n d r o i d 2 1 内核配置和定制，将可以在目标板上运行的l i n u x 系统 的板级支持包移植到a n d r o i d 内核，再对其进行裁剪移植，设计相关的驱动程 序并编译进内核，保证外围设备能够正常运行。 第五章a n d r o i d 文件系统的改造和移植，本章节将对a n d r o i d 文件系统进 行指令降级并修改相应的文件适应目标板，并挂载文件系统进行测试。 第六章a n d r o i d 终端系统的整合测试，将对前面开发的u b o o t ，k e r n e l ，文 件系统移植到开发板，并对整个系统进行整合性测试，并将系统调到最优，保 证终端系统能够稳定、流畅地运行。 1 4 本章小结 本章首先分析了本课题的研究背景，针对a n d r o i d 终端在市场上的需求越 来越大，提出了a n d r o i d 终端研究的必要性。接着对国内外a n d r o i d 终端的发 展现状进行分析，剖析了a n d r o i d 终端的发展趋势，针对国内外对a n d r o i d 终 端现有研究的不足，在该环境下提出了本课题的研究必要性。 4 武汉理工大学硕十学位论文 第2 章a n d r o i d 终端系统的整体规划与前期准备 2 1a n d r o i d 终端系统的整体规划 2 1 1a n d r o i d 终端系统移植流程设计 在已有开发板硬件资源的情况下，本文要将一个a n d r o i d 终端系统移植到 开发板上，在移植之前首先要对后续需要做的工作做一个总体规划，使整个移 植开发工作按照这个规划流程有条不紊地进行下去。本文对整个a n d r o i d 终端 系统的移植开发流程进行了设计，设计流程如图2 - 1 所示。 安装1i n u n 操 作系统 配置相关服务 ( e g ：n f s t f t p ) 建立交义编译工具链 ( e g ：a r l i 一1 i n n x g c c ) f 载k e r n e i 源码弗裁剪、编 译、移植 n f s 启动系统测试根文件系统 以及内核的可用性 用制作文件系统的工具在脓 有的n f s 文件系统的基础上根 据目标平台选择并制作 a n d r o i d 文件系统 将可以烧写的义件系统镜像 和内核镜像下载垒f l a s h 中 进行整合测试调优( 合格即 底层搭建完毕) 图2 1a n d r o i d 终端系统开发流程图 1 ) 安装l i n u x 操作系纠1 5 1 ，由于本文目标机的性能无法满足开发环境的要 求，整个开发过程无法在目标机上完成，需要借助宿主机平台来协助完成开发 任务，在宿主机平台上安装一个l i n u x 操作系统给后续提供一个平台是整个开 发过程的首要前提，l i n u x 操作系统有很多发行版可以选择，本文选择r e dh a t 5 武汉理工大学硕士学位论文 l i n u x 并进行了全部安装。 劲配置相关服务，在第一步安装了l i n u x 操作系统，但系统中很多服务还 不能使用，在开发过程中会用到一些服务，需要进行相关的配置。本文在调试 与下载镜像文件到开发板时会用到t 聊限服务；在调试镜像文件是否可用时， 会选择用n f s 启动来避免重复多次制作镜像文件和烧写镜像文件，需要用到 n f s 服务。这些服务在后期开发会用到的，在安装的l i n u x 系统中配置这些相 关服务是必不可少的。 3 ) 建立交叉编译工具链【1 6 】，要在x 8 6 上的l i n u x 系统中编译出可以在目标 机硬件平台a r m 上可以运行的镜像文件，需要通过交叉编译工具链编译，鉴 于这种需求，本文必须在已安装的l i n u x 系统上建立适合目标板平台的交叉编 译工具链，本文采用的a r m 平台，需要建立的交叉编译工具链为 a r n l l i n u x g c c 。 钔下载u b o o t 源码并编译移植，u b o o t 和p c 机中的b i o s 类似，是a n d r o i d 终端系统启动运行时首先执行的一段程序【n 1 8 l ，本文要让整个系统顺利运行在 目标机上，首先应该移植能够正常运行在目标平台上的u b o o t 烧写到开发板 上，使后续的开发工作得以进行。鉴于u b o o t 的重要性，本文在移植时需要反 复测试并添加本文所需要的功能直到达到既定的需求为止。 5 ) 下载k e r n e l 源码i ”j 并裁减、编译、移植，内核是整个系统的核心，而整 个l i n u x 内核又是相当之庞大的，如果不对内核做任何修改而直接编译，编译 出来的镜像文件也会相当大，无法在嵌入式硬件中运行。l i n u x 内核具有可裁 减的功能，可以根据特定的平台的硬件配置进行相应的定制，以适应特定平 台，避免编译无用的部分缩减内核大小，优化整个系统的性能。 6 ) 制作n f s 文件系统测试第五步定制的内核，只有内核没有文件系统的系 统无法正常运行，内核启动时需要调用相关的脚本读取配置文件，如果获取不 到这些信息在启动的时候就会产生k e r n e lp a n i c 错误【删，最终导致系统无法正常 加载。为了使系统正常运行，需要制作一个文件系统去提供内核启动过程中所 需要的配置文件，测试内核的可用性，也同时为后续制作a n d r o i d 文件系统打 基础。本文整个开发工作是在宿主机上的l i n u x 系统上进行的，n f s 启动是开发 板通过网络去访问建立在宿主机l i n u x 系统上的文件系统，通过n f s 启动，可 以节省在调试过程中频繁制作镜像文件和烧写镜像文件的时间，方便宿主机与 文件系统传输数据等，鉴于诸多优点，本文选用n f s 文件系统启动来测试内核 的可用性，以及调试文件系统的可用性。由于a n d r o i d 根文件系统的制作是以 6 武汉理工大学硕士学位论文 此处的n f s 文件系统作为模板，通过制作文件系统的工具制作相应的文件系 统，在n f s 启动时需要测试文件系统的可用性和稳定性。 7 ) 制作a n d r o i d 文件系统，用制作文件系统的工具以第六步制作的n f s 文 件系统为基础定制目标机所需的文件系统f 2 l 】，本文所需a n d r o i d 文件系统，属 于y a f f s 2 文件系统的一种，应该建立y a f f s 2 文件系统。 8 ) 进行整合测试调优，把前面几个步骤中所做的所有镜像文件包括引导程 序、内核、f s 烧写到目标板，为了保证系统的可用性和稳定性，需要对整个终 端系统进行测试并进行优化，测试并优化系统使所有功能达到预期的效果即 可。 9 1 发布产品。 整个移植流程可以概括为将u b o o t 、a n d r o i d 内核、a n d r o i d 文件系统针对 目标板进行相应地修改，并将这些嵌入式软件做成镜像烧写到目标板上的存储 设备n a n df l a s h 中，最后整个a n d r o i d 终端系统在目标板n a n df l a s h 上的软件布 局如图2 2 所示。 图2 - 2a n d r o i d 终端系统软件布局 2 1 2a n d r o i d 终端系统移植思路介绍 ： 包 g _ _ - 包 框 架 应用程序层 应用程序框架层 当 系统函数库 服务支持 引导加载 u b o o t ! l 堡里塑奎鋈塑旦l l 1 文件系统源 ! n 磊再睡网l 徊修改与移 ：商嚣耐! j 植 o = = _ = = ：= - = = = 一j 一 f ! ! l ! 竺! = l ! 竺= = = i 、 ! i 驱动移植 i ! 【内核驱动修 ：i 甄扣再网：f 改与移植 图2 - 3a n d r o i d 终端系统总体移植思路 7 武汉理工大学硕士学位论文 前面一节已经将a n d r o i d 终端系统的移植流程进行了设计与分析，本节对 该流程中所用移植思路做介绍，为后期的开发工作拟定一个提纲，使后续的工 作能够更有针对性地进行。a n d r o i d 终端系统总体移植思路如图2 3 所示。下面 将对该移植框图中几个关键部分的移植思路进行介绍，各个模块的移植思路如 下： 1 1u b o o t 移植思路：原生的u b o o t 源码不支持本文采用的$ 3 c 2 4 4 0 平台，由 于从头开始移植，工作量大、过程复杂、开发周期长，本文采取参考相关平台 代码进行移植减少开发周期以及工作量。本文所用开发板c p u 为a r m 9 2 0 t ，在 u b o o t 源码不支持微处理器为$ 3 c 2 4 4 0 的前提下【2 2 1 ，退而求其次，选择u b o o t 中 支持并且c p u 为a r m 9 2 0 t 的开发板相应的平台代码作为移植模板参考，根据本 文开发板与参考开发板的不同做针对性的修改，从而大大减少工作量。将 u b o o t 移植思路概括为图2 4 所示。 目标板u b o o t 定制 u b o o t 基本配置 u b o o t 自带的与硬件 相关的功能 新增功能 在参考板基础上 进行移植 原有源码上进 行移植 参考相关资料 进行设计 目标板与参考板 的不同 目标板硬件配置 - - - _ - _ _ - _ _ - _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ 一 l 目标板p c b 版图 l _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ - _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ 一 相关芯片手册 分析u b o o t 源码 目标板硬件资源 图2 4u b o o t 移植思路 2 ) a n d r o i d 内核移植思路：参考学术界已有的资料，a n d r o i d 内核【2 3 岱】移植 有两种方案可以选择，第一种方案为先将l i n u x 内核移植到开发板上，再在这 个基础上打a n d r o i d 补丁增加a n d r o i d 功能；第二种方案为先实现可以使用的 a n d r o i d 内核，然后再在这个基础之上打支持所需移植开发板平台的补丁即往 a n d r o i d 内核中移植已经可运行的l i n u x 内核的板级支持包。因为第一种方案不 但补丁量大，出错的机会也高，经过考虑，本文决定采用第二种方案，将事先 已经移植好的l i n u x 内核上的板级支持包移植到a n d r o i d 官方内核上，这种方 案避免了打大量补丁而产生的大量错误，节省了开发时间。因为该方案中采用 的l i n u x 内核可以正常运行在2 4 4 0 目标板上，说明其硬件相关部分已经完全支 8 武汉理工大学硕十学位论文 持目标板。在移植过程中需要遵循的原则是与硬件相关部分需要修改源代码 时，如果该部分是l j n u x 内核和a n d r o i d 都共有的部分，尽量参考l i n u x 内核版 本来修改源代码：与硬件无关部分的源代码的修改以及a n d r o i d 特有的部分完 全沿用a n d r o i d 版本。将a n d r o i d 内核移植思路概括为图2 - 5 所示。 目标板a n d r o i df l ；l 核定制 a n d r o i d 内核中与硬件相 关的部分 a n d r o i d 内核中与硬件无 关的部分以及其特有的 部分 多巧u j 位日怀恹 上运行的li n u x 内 核进行修改 沿用官方可用的 a n d r o id 版本 图2 5a n d r o i d 内核移植思路 3 ) 外围驱动程序移植与设计思路： 取移植的方式来避免不必要的工作量， 在内核中已经比较完善的驱动，本文采 这种类型的驱动只需要参看芯片手册以 及相关资料，根据不同的硬件对代码进行相应的修改。原生内核中不支持或者 已经支持但版本比较老没有充分利用系统的优越性的驱动，本文采取重新手动 设计的方式来将这些驱动完全移植到开发板上。本文使用的是2 6 版本的内 核，该版本内核引入了很多驱动模型，本文移植和设计的驱动程序，将充分利 用系统已有的模型，输入型设备全部遵循2 6 内核的i n p u t 子系统模型【捌，除此 之外所有的驱动都遵循2 6 内核的总线设备驱动模型，使驱动程序完全与内核 模型融合，便于内核管理各类驱动的同时也节省了开发工作量。将外围驱动的 移植思路概括为图2 - 6 所示。 r 一 ；垦型 原有驱动的基 础上移植 根据栩关资料 重新设计 根据日标扳硬件填充 硬件相关的结构体 图2 - 6 外围设备驱动程序移植思路 9 系统驱动模型 武汉理工大学硕七学位论文 4 ) a n d r o i d 文件系统移植思路：原生的a n d r o i d 文件系统是a r m v 5 架构 的，并不支持a r m v 4 架构的2 4 4 0 开发板【2 - 2 8 1 ，本文要把a n d r o i d 文件系统移植 到2 4 4 0 目标板中，必须要将指令集降级到a r m v 4 架构，除此之外，由于 a n d r o i d 文件系统并非专为2 4 4 0 开发板设计，很多地方还不兼容，本文还需要 修改相关文件使a n d r o i d 文件系统适应本文所用开发板。将a n d r o i d 文件系统移 植思路概括为图2 7 所示。 目标板a n d r o i d 文件系统定制 体系结构部分 跟目标平台相关部分 打a r m v 4 幸b 丁对 文件系统进行 指令降级 根据目标板平 台进行修改 图2 7a n d r o i d 文件系统移植思路 2 2 系统移植前期准备工作 2 2 1 分析a n d r o i d 与l i n u x 的不同 表2 - 1l i n u x 系统与a n d r o i d 系统对比 l i n u x 系统a n d r o i d 系统 有本地窗口系统没有本地窗口系统 有g l i b c 的支持没有g l i b c 的支持 包括一整套标准的l i n u x 使用程序不包括一整套标准的l i n u x 使用程序 不包含a n d r o i d 特有的驱动增强了l i n u x 以支持特有的驱动 在宏观上对比a n d r o i d 系统和l i n u x 系统，将两者的差异用表格列出，如 表2 - 1 所示。a n d r o i d 源于l i n u x 系统但又高于l i n u x 系统，它吸收了l i n u x 的 精华部分，并增强了l i n u x 不足的部分。a n d r o i d 摒弃了l i n u x 的本地窗口系 统，重新设计了友好的g u i 界面；a n d r o i d 最初用于便携的移动设备上，出于 效率的考虑，并没有沿用g l i b c 作为c 库，而是自己开发了一套b i o n i cl i b c 库 来代替g l i b c ；l i n u x 最初是应用在服务器上，而a n d r o i d 的设计初衷是运用于 智能手机上，l i n u x 现有的设备驱动无法满足a n d r o i d 系统的全部需求， a n d r o i d 在已有设备驱动的基础上进行了增强；由于l i n u x 内核存在一些b u g ， a n d r o i d 并没有完全照搬l i n u x 的内核，a n d r o i d 内核在修正了l i n u x 的部分b u g 】0 武汉理工大学硕十学位论文 并增加了对g o l d f i s h 平台以及y a f f s 文件系统的支持等f 2 9 - 3 3 1 。 表2 2a n d r o i d 内核源码在l i n u x 源码基础上增加的部分 a n d r o i d 增加的部分 增加的文件在源码目录树中的路径 基于a r m 架构增加 k e r n e l a r c h a r m m a c h - g o l d f i s h g o l d f i s h 平台 k c m e l i n c l u d e a s m a r m a r c h g o l d f i s h 增加了y a f f s 2k c m e l f s y a f f s 2 ，实际上，a n d r o i d 包经过编译后生成的 f l a s h 文件系统 s y s t e m i m g 和r a m d i s k i m g 文件就是y a f f s 2 格式的包。 增加了a n d r o i d 的 k e m e l d r i v e r s a n d r o i d ，主要分为：i p c 系统，日志系统，电 相关d d v e r源管理，闹钟管理，内存控制台，时钟控制的g p i o 增加了s w i t c h 处理k e m e l d r i v e r s s w i t c h 增加了g o l d f i s h 平 图象显示设备，字符输出设备，键盘输入设备，r t c 设 备，u s bd e v i c e 设备，s d 卡设备，f l a s h 设备，l e d 台相关的驱动文件 设备，电源设备，音频设各，电源管理，时钟管理 下载l i n u x 内核2 6 2 9 源码和a n d r o i d 2 1 内核源码，分析a n d r o i d 内核和 主线l i n u x 内核源码【3 4 1 ，比较两者不同的地方，并对两者之间的不同进行分析 并整理成表格如表2 2 所示，后面的移植将根据这些差别进行有针对性的修改 以及移植工作。 2 2 2 移植目标和a n d r o i d 硬件需求对比 本文采用友善之臂开发板m i n i 2 4 4 0 作为本课题的评估板，将其硬件资源与 a n d r o i d 平台运行的基本硬件需求对比生成表格，如表2 3 所示。 表2 3 硬件资源对比表 硬件资源a n d r o i d 运行基本硬件需求目标板规格 c p ua r m 9 2 6a r m 9 2 0 t r a m1 2 8 m6 4 m f l a s h2 5 6 m2 5 6 m 屏幕触摸屏3 2 0 x 2 4 0 触摸屏 对比目标板和a n d r o i d 运行的基本硬件需求，目标板的硬件配置和a n d r o i d 基本硬件需求有一定的差距，但经过后续的改进，能够兼容这种差距，后期的 开发工作会针对本节的硬件差异对a n d r o i d 进行相关的改造工作。 2 2 3 软件开发环境的搭建 在软件开发环境搭建【3 5 】之前，需要安装l i n u x 操作系统，本文主要研究终 端系统的开发过程，在此不对操作系统安装的具体过程进行介绍；本文安装的 武汉理工大学硕士学位论文 l i n u x 系统是r e dh a t ，本文以下所有的开发工作都在安装r e d h a t5 的p c 机上进 行。 1 ) 邢服务器的搭建。唧是简单文件传输协议的简称 3 6 - 3 8 1 ，通过该协 议可以在目标机与宿主机之间通过网络传输的方式进行文件传输。本论文在开 发过程中需要用到邢服务器进行文件传输，必须对其进行搭建。 ( 1 ) 从r p m 包安装t r i p s e r v e r 。从l i n u x 操作系统的安装光盘上找到t r i p - s e r v e r 的安装包t r i p s e r v e r - o 3 2 _ 4 i 3 8 6 r p m ，把r p m 包拷贝到工作目录下，执行 安装命令r p m i v ht f q p s e r v e r - 0 3 2 4 i 3 8 6 r p m 。并执行命令m k d i r t f l p b o o t 建立 t r i p 的主工作目录。 ( 2 ) 修改t i p 服务器配置文件并启动服务。修改文件唧服务配置文件 e t c x i n e t d d t f t p 对访问的用户以及工作目录等进行设定。然后执行命令 c h k e o n