Uclinux内核配置与裁减.doc

Uclinux内核配置与裁减创建时间：08/01/17创建人：叶振风最后修改时间：修改人：叶振风Uclinux的配置和裁减也是利用的华恒科技提供的源码包（用于hhbf531学习板）。我们使用的开发板信息如下：CPU：BF533FLASH：S29AL004D-512KBSDRAM：HY57V281620-16MB这里我不敢说“uclinux的移植”，而只是以“配置与裁减”代之，是因为我觉得自己的工作真的谈不上什么移植。现成的源码包，所有的底层驱动都已经完成，我们所要做的只是选择自己需要的驱动、配置一下内核、做一些裁减工作而已。每每听到其他人提到“最近又完成了平台的linux移植”，我都会有点担心：国内有多少工程师能真正从最初始的工作开始，完成一个平台的系统移植应该很少吧。下面，我分以下步骤简单介绍一下我的配置过程。一，配置并在RAM中运行内核（不带根文件系统）：由于我们的flash空间有限，在没有裁减之前，就算不带根文件系统，也无法烧写到flash内保存；所以先尝试下载到RAM中运行。另外，我们目前的开发板上没有网络功能，只能通过串口下载，所以在这里配置内核的过程中，做一些简单裁减，以便节约下载时间。解压源码包后，进入uclinux目录：#cd uClinux-dist设定交叉工具链：#PATH=”/usr/local/bin/gcc-bfin-3.4-uclinux/bin/:$PATH”进入配置：#make menuconfig运行后，进入“MainMenu”配置页，可以在此选择Vender/Product和Kernel/Library/Defaults等内容。根据我们使用的平台，我们选择：Vender-AnalogDevices，Product-HHBF533(或者HHBF531)，Libc-uClibc；如果要配置内核和应用程序还要分别选中“Customize Kernel Settings”、“Customize Vender/User Settings”。退出保存后，将依次进入配置内核和配置应用程序页。如果想单独配置内核，可以进入目录linux-2.6.x/内运行“make menuconfig”。配置应用程序在这个源码包里好像没有单独的config选项。这些关于内核源码包结构的基本知识，需要大家提前了解。下面，我们来配置内核。配置一个可以在我们的SDRAM中运行的内核很简单，因为底层工作都已经完成。我们只需要配置一下处理器相关内容即可。处理器选项位于内核配置页的“Blackfin Processer Options”。进入该配置页，进行如下配置：CPU - BF533System type - BF533-HHBFBoard Customizations - 根据你的开发板时钟、SDRAM信息配置，其他不用修改。Clock Settings - 取消“Re-programClocks while Kernel boots”，默认为u-boot的时钟配置。其他选项不用修改，各项配置功能介绍见文档附.Linux 2.6.19.x内核编译配置选项简介。以上配置正确后，下载到你的开发板上，应该就可以运行了。但通过串口下载速度太慢，我们先去掉一些不需要的驱动。由于我们没有网络功能，所以把网络及其驱动全部取消，可以裁减150KB左右的空间；我们也不需要音视频功能，所以把音视频驱动也取消，又可以减小很大空间。如此配置后，我们可以尝试下载到SDRAM中运行了。现在，我们还不想裁减根文件系统，所以，我们想得到一个不带根文件系统的压缩内核镜像。由于华恒提供的源码包，编译后不能得到压缩的不带根文件系统的镜像，所以我们要通过修改Makefile得到我们需要的编译结果。需要修改的Makefile位于uClinux-dist目录下，打开该Makefile，在“.PHONY:linux”项的”ln f $(LINUXDIR)/vmlinux $(LINUXDIR)/linux;”语句后，添加以下内容。rm f $(LINUXDIR)/*.gz;bfin-uclinux-objcpy -O binary -S linuxlinux.bin; gzip -f9 linux.bin; bfin-uclinux-mkimage -A blackfin -O linux-T kernel -Cgzip -a 0x1000 -e 0x1000 -n uClinux Kernel Image -dlinux.bin.gz uImage.bin;这样在uClinux-dist目录下执行“make linux”就可以生成压缩的不带根文件系统的内核镜像了，该镜像文件为uImage.bin，位于linux-2.6.x目录内。现在，可以将得到的内核下载到SDRAM中运行了。因为是压缩内核，所以运行时要使用u-boot的bootm命令。至于u-boot命令的使用方法，自行学习。Makefile也是编译内核的基础知识，需要大家逐步掌握。这样，该步的工作就可以告一段落了。下载到SDRAM中，如果解压后无法运行，先检查一下上述配置操作是否有误。如果确定无误，就需要分析内核的执行过程，仔细分析问题了。接下来简单介绍一下内核执行流程。二，内核执行流程：承接上篇u-boot引导uclinux过程分析，介绍内核启动流程。/下载完内核镜像（zImage.bin）后，可以在内存中直接引导运行uclinux。因为内核是压缩后的镜像，所以需要u-boot进行解压引导，具体由u-boot的bootm指令实现。Bootm指令在u-boot内由do_bootm()函数实现，该函数位于/common/Cmd_bootm.c文件中。引导过程通过控制终端打印的信息如下：UBOOTbootm 00e00000# Booting image at 00e00000 .Image Name:Bfin uClinux KernelCreated:2007-12-202:05:37 UTCImage Type:Blackfin Linux Kernel Image (gzip compressed)Data Size:685719 Bytes = 669.6 kBLoad Address: 00001000Entry Point:00001000Verifying Checksum . OKUncompressing Kernel Image . OKStarting Kernel at 0x1000由打印信息可以看出，引导过程可以分为以下几步：l打印内核镜像头信息l内核镜像头校验l内核镜像解压l传递环境变量给内核并切换到内核运行下面分别介绍：1，打印内核镜像头信息：打印内核镜像头信息由以下函数实现：print_image_hdr (image_header_t *)addr);其中的addr可以通过以下语句查看：printf (# Booting image at %08lx .n, addr);addr就是内核镜像下载到RAM中的起始地址。打印信息的内容见前面的控制终端打印的信息。2，内核镜像头校验：由以下语句实现：if (verify) puts (Verifying Checksum . );if (crc32 (0, (char *)data, len) != ntohl(hdr-ih_dcrc)printf (Bad Data CRCn);SHOW_BOOT_PROGRESS (-3);return 1;puts (OKn);其中，(char *)data指向内核镜像起始地址，len为内核镜像头的长度，hdr-ih_dcrc为内核镜像头内保存的校验结果。校验正确，打印：Verifying Checksum . OK3，内核镜像解压：内核镜像解压根据内核的不同压缩格式调用不同的解压缩函数执行。压缩类型存储于内核镜像头中的hdr-ih_comp变量中，主要类型有：IH_COMP_NONE无压缩的XIPIH_COMP_GZIPGZIP压缩CONFIG_BZIP2BZIP2压缩我们使用的内核采用GZIP压缩格式，所以将调用GZIP解压缩函数执行解压，具体由以下函数实现：gunzip (void *)ntohl(hdr-ih_load), unc_len, (uchar *)data, &len)传递的四个参数依次是：解压目标地址（指针）、解压目标长度、解压源地址（指针）和解压源长度。其中解压目标长度只要大于实际解压后的目标长度即可。正确解压后打印如下信息：Uncompressing Kernel Image . OK4，传递环境变量给内核并切换到内核运行：内核镜像解压后，u-boot将根据内核镜像头指示的操作系统类型调用相应的boot操作函数。例如linux系统，u-boot会相应地调用do_bootm_linux()函数执行。操作系统类型存储在内核镜像头内的hdr-ih_os变量中。do_bootm_linux()函数位于lib_xxx/xxx_linux.c文件中，“xxx”表示与你的硬件平台对应的相关名称。例如，我们的平台为ADI的blackfin系列BF533，所以对应文件为lib_blackfin/bf533_linux.c。我们来分析一下do_bootm_linux()函数的内容：void do_bootm_linux(cmd_tbl_t * cmdtp, int flag, int argc, char *argv,ulong addr, ulong * len_ptr, int verify)int (*appl)(char *cmdline);char *cmdline;#ifdef SHARED_RESOURCESswap_to(FLASH);#endifappl = (int (*)(char *)ntohl(header.ih_ep);（1）printf(Starting Kernel at %#xn, appl);（2）cmdline = make_command_line();（3）if (icache_status() flush_instruction_cache();icache_disable();if (dcache_status() flush_data_cache();dcache_disable();(*appl)(cmdline);（4）以上代码黑色部分是我们重要分析的部分，灰色内容暂时忽略；并对主要的四个语句分别标识了（1）到（4）的标号。通过语句（1）将函数指针appl指向内核解压后的起始地址，我们这里的起始地址默认为0x1000。所以接下来语句（2）的打印信息为：Starting Kernel at 0x1000语句（3）为了获得传递给linux内核的环境参数，保存在cmdline指针变量中。我们这里的内容是：root=/dev/mtdblock0 ro console=ttyS0,115200n8前半段指示根文件系统在mtd块设备中的block序号和读写属性，根据根文件系统在flash里实际存储的位置决定；后半段指示控制终端的属性。最后，语句（4）将保存在cmdline内的u-boot环境参数传递给linux内核，并切换到linux内核的起始入口点开始运行linux内核。我们看看语句（4）的汇编代码：R0 = FP 4;P1 = FP 8;CALL(P1);也就是说，编译器是将要传递的字符串参数指针放在R0中的。指向0x1000地址的函数指针则放在P1中，最后通过“CALL(P1);”跳转到内核入口点。/A，内核vmlinux入口u-boot执行“(*appl)(cmdline);”语句后，控制权就移交给linux内核，appl变量指向的地址就是linux内核的首地址。Linux内核执行的第一个文件是/linux-2.6.x/arch/blackfin/mach-bf533/head.S。经过一系列的初始化，跳转到start_kernel()函数，即进入linux系统初始化阶段。B， Linux系统初始化Start_kernel()函数位于文件/linux-2.6.x/init/main.c中，是linux内核通用的初始化函数。无论对于什么体系结构的linux，都要执行这个函数。asmlinkage void _initstart_kernel(void) char * command_line; extern struct kernel_param _start_param, _stop_param;/* Interrupts are still disabled. Do necessarysetups, then* enable them*/#if 0 /* comment by mhfan */*(volatile unsignedshort*)UART_LCR) &= 0x80; asmvolatile (ssync;);*(volatile unsignedshort*)UART_THR) = C; asm volatile (ssync;);#endif /* comment by mhfan */ lock_kernel(); page_address_init(); printk(KERN_NOTICE); printk(linux_banner); setup_arch(&command_line); setup_per_cpu_areas(); /* Do the rest non-_inited, were now alive*/ rest_init();Start_kernel()函数负责初始化内核各子系统，最后调用rest_init()，启动一个叫作init的内核线程，继续初始化。static void noinlinerest_init(void) _releases(kernel_lock) kernel_thread(init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND); numa_default_policy(); unlock_kernel(); /* * The boot idle thread mustexecute schedule() * at least one to getthings moving: */ preempt_enable_no_resched(); schedule(); preempt_disable(); /* Call into cpu_idle with preempt disabled */ cpu_idle();起始内核线程init的任务依然是初始化，只不过是一种更高层次的初始化。static int init(void *unused) lock_kernel(); /* * init can run on any cpu. */ set_cpus_allowed(current, CPU_MASK_ALL); /* * Tell the world that weregoing to be the grim * reaper of innocentorphaned children. * * We dont want people tohave to make incorrect * assumptions about wherein the task array this * can be found. */ child_reaper = current; smp_prepare_cpus(max_cpus); do_pre_smp_initcalls(); fixup_cpu_present_map(); smp_init(); sched_init_smp(); cpuset_init_smp(); /* * Do this before initcalls,because some drivers want to access * firmware files. */ populate_rootfs();do_basic_setup(); /* * check if there is anearly userspace init. If yes, let it doall * the work */ if (!ramdisk_execute_command) ramdisk_execute_command = /init; if (sys_access(const char _user *) ramdisk_execute_command, 0)!= 0) ramdisk_execute_command = NULL;prepare_namespace(); /* * Ok, we have completed theinitial bootup, and * were essentially up andrunning. Get rid of the * initmem segments andstart the user-mode stuff. */ free_initmem(); unlock_kernel(); mark_rodata_ro(); system_state = SYSTEM_RUNNING; numa_default_policy(); if (sys_open(const char _user *) /dev/console,O_RDWR, 0) ram内核通过_initramfs_start和_initramfs_end找到根文件系统的img，这两个变量在文件/linux-2.6.x/init/Initramfs.c中被引用。介绍完根文件系统的挂载方式，我们来介绍如何配置和裁减应用程序。由于flash容量限制，而且我们也并不需要很多应用程序的支持，所以我们可以只保留最简单的init、sh、ls、cd等应用程序，其他应用全部裁减掉。注意必须保证要有init和sh，否则内核无法运行或没有shell界面。另外，为了进一步裁减体