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文档简介
2019/12/5,1,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,2019/12/5,2,一、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,2019/12/5,3,一、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。,2019/12/5,4,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。,2019/12/5,5,Windows超级终端的使用,2019/12/5,6,minicom的使用,2019/12/5,7,二、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。,2019/12/5,8,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。,2019/12/5,9,Bootloader的操作模式(二),启动加载(BootLoading)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(DownLoading)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。,2019/12/5,10,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。,2019/12/5,11,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。,2019/12/5,12,Bootloader的启动流程Stage2,用汇编语言跳转到main入口函数(blmain)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。,2019/12/5,13,三、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。,2019/12/5,14,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。,2019/12/5,15,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-jxvfcross-3.4.1.tar.bz2,2019/12/5,16,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-gcchello.cohello2.编辑/etc/bashrc文件,在最后增加路径:exportPATH=/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-gcchello.cohello,2019/12/5,17,四、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,2019/12/5,18,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)。,2019/12/5,19,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:WitechSECSOCTestBoard,2019/12/5,20,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DNWConfiguration:COM1,115200,DownloadAddress:0 x30800000,2019/12/5,21,内核和文件系统的烧写,2019/12/5,22,五、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。,2019/12/5,23,Linux内核的获取,文件位置:Linuxlinux2.6.12内核源码包解压文件:tar-jxvflinux-2.6.12-090915.tar.bz2,2019/12/5,24,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)。,2019/12/5,25,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。,2019/12/5,26,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makeconfig)。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。,2019/12/5,27,Linux内核的配置(四),内核配置方法有以下几种:(1)makeconfig: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)makemenuconfig:基于文本菜单的配置界面,是字符终端下常用的方式。(3)makexconfig:基于图形窗口模式的配置界面,Xwindow下推荐使用。(4)makeoldconfig: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。,2019/12/5,28,Linux内核的配置(五),四种方法中,makexconfig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makemenuconfig,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,2019/12/5,29,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。,2019/12/5,30,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:CodeMaturityLevelOption(内核成熟级别选项)LoadableModuleSupport(可加载模块支持)GeneralSetup(通用设置)MemoryTechnologyDevices(内存技术设备)BlockDevices(块设备)NetworkDeviceSupport(网络设备支持)CharacterDevices(字符设备)Filesystems(文件系统)ConsoleDrivers(控制台设备),2019/12/5,31,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“makedep”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。,2019/12/5,32,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:makezImage,2019/12/5,33,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。,2019/12/5,34,六、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(YetAnotherFlashFileSystem)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NANDFLASH芯片。,2019/12/5,35,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-jxvfqte_yaffs.tar.bz2用mkyaffs2image工具来制作文件系统:./mkyaffs2imageqte_yaffsqte.yaffs,2019/12/5,36,七、NFS文件系统的配置和使用,NFS为NetworkFileSystem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
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