嵌入式Linu在ARM上的移植

Linux在ARM上的移植摘要:本文是基于ARM的平台上进行嵌入式操作系统LINUX的移植，其中ARM选S3C2410。文中首先对Linux操作系统内核进行了介绍，然后对系统引导程序(BootLoader)进行了设计，最后给出了Linux在ARM上的移植过程。关键字：Linux、ARM、BootLoader、移植一、Linux操作系统内核Linux作为一种优秀的操作系统，近几年在嵌入式领域成为了极具潜力的嵌入式操作系统。本文的主要内容是将Linux系统的内核移植到ARM(基于ARM9S3C2410)上。Linux操作系统主要由内核、Shell、文件结构组成。其中内核是系统的心脏，是运行程序和管理磁盘、打印机等硬件设备的核心程序。Linux内核结构Linux内核是整个Linux系统的灵魂，负责整个系统的内存管理、进程调度和文件管理。Linux内核与大部分UNIX内核一样是单内核体系结构的，能够根据需要定制内核映像的尺寸，具有很大灵活性，不需要重新编译内核和引导就能检验新的内核组件，这个特性对于嵌入式而言是非常有好处的，方便用户构筑自己的个人内核。Linux内核由5个主要的子系统组成：进程调度、内存管理、虚拟文件系统、网络接口和进程间通信。Linux内核代码组织结构本文将对LINUX进行内核移植，其内核代码分布如图所示。图2Ling内核代码分布下面分别对其进行说明：/arch目录包含了目前Linux支持的硬件结构，如i386、alpha、arm等的内核代码；/drivers目录包含了内核中所有的设备驱动程序；/fs目录包含了所有的文件系统的代码；/include目录包含了建立内核代码所需的大部分库文件，这个模块利用其它模块重建内核；/init目录包含了内核的初始化代码，内核从此处工作；/ipc目录包含了进程间通信代码；/kernel子目录包含了主内核代码；/mm目录包含所有独立于CPU体系结构的内存管理代码；/net目录包含了和网络相关的代码,如ipv4、ipv6等。一般在每个目录下都有一个.depend文件和一个Makefile文件，这两个文件都是编译时使用的辅助文件。二、弓I导加载程序的设计2.1引导加载程序(BootLoader)说明引导加载程序通常称为BootLoader,是在系统复位后执行的第一段代码，是非常重要的组成部分。BootLoader独立于操作系统，必须由用户自己设计，它的实现高度依赖于硬件,所以不可能形成一个通用的BootLoader。2.2BootLoader设计与分析大多数BootLoader都分为第一阶段和第二阶段两大部分。第一阶段中包含依赖于CPU体系结构的代码，通常都用汇编语言来实现以达到短小精悍的目的。第二阶段则通常用C语言来实现较复杂的功能，具有更好的可读性和可移植性。通常把第二阶段加载到RAM空间中来执行，以获得更快的执行速度。本系统BootLoader的第一阶段实现步骤：关闭watch-dog，屏蔽所有中断。设置处理器时钟和工作频率。CPU的工作频率为200MHz。初始化外部寄存器。初始化堆栈指针。拷贝BootLoader的第二阶段到RAM空间中，使用一个跳转语句跳转到第二阶段的C入口点。第二阶段用C语言完成，实现步骤如下：(1)完成通用IO口的设置。部分代码如下：voidset_gpios(void){GPACON=vGPACON;GPAUP=vGPAUP;GPBCON=vGPBCON;GPBUP=vGPBUP;}其中GPIO口在/arch/s3c2410/smdk2410.h文件中定义。完成内存映射初始化和内存管理单元初始化：Mem_map_init();mmu_init();这两个函数都在/arch/s3c2410/mmu.c中。初始化mtd设备。mtd_dev_init();这个函数在/drivers/mtd/maps/s3c2410_flash.c中。拷贝flash中的kernel映像和根文件系统映像到RAM空间中。跳转到内核的第一条指令处。跳转时需要满足下列条件：RO为0；R1为机器类型ID；禁止中断（IRQ和FIQ）；CPU设置为SVC模式（SVC是供操作系统使用的一种保护模式）；关闭MMU；关闭数据Cache。至此，BootLoader的任务结束，下面的工作由操作系统来接管。三、Linux在ARM平台上的移植3.1准备实验环境拷贝光盘CD3\LinuxSource目录到Cygwin/tmp/目录下，并改名为edukit-2410；拷贝光盘中\EduKit2410Linux\drivers和examples目录到Cygwin/usr/local/src/edukit-2410目录下；使用EduKit2410目标板附带的串口线连接目标板上UART0和PC机串口COMx；3.2串口/网络设置在PC机上运行Windows附件中自带的超级终端串口通信程序（波特率115200、1位停止位、无校验位、无硬件流控制）；或者使用其它串口通信程序。3.3实验操作过程（1） 安装Linux源代码包拷贝Linux源代码包linux-2418-rmk7-pxa1-mz5.tar.bz2到$SOURCEDIR（/tmp/edukit-2410/）目录下；运行cygwin，首先运行以下命令，设置工作环境变量及检查交叉编译工具是否正确安装：$>source/tmp/edukit-2410/set_env」inux.sh$>arm-linux-gcc-v如果看不到类似的提示信息，重新安装好编译工具；如果编译工具安装正确，进入工作目录执行以下命令安装Linux源代码：$>cd$WORKDIR$>tar-xvjf$SOURCEDIR/linux-2.4.18-rmk7-pxa1-mz5.tar.bz2$>ls...kernel...（2） 解压Linux源代码包下载测试程序正确解压Linux源代码包后，执行以下命令对Linux进行配置：$>cdkernel$>makexconfig在弹出的配置窗口里，点击“Loadconfigurationftomfile”，输入./arch/arm/def-configs/edukit2410-amd,点击OK返回后，选择SaveandExit项保存退出，完成内核及用户程序配置。选择存放于/arch/arm/def-configs/目录下的配置文件，在工作目录下执行以下命令：$>makemrproper$>makexconfig$>makedep$>makezImage编译通过后，在./arch/arm/boot/目录下生成内核的压缩映像文件zImage。3.4观察实验结果用EmbestonlineFlashProgrammer烧写工具软件进行烧写，点击其菜单File>Open后选择光盘附带的EduKit2410&am29lv160db.cfg配置文件。将vivi烧写到Flash地址0x000000-0x00020000(No.1〜No.5sector),将内核映像文件zImage烧写到Flash地址0x00020000-0x000E0000(No.6〜No.17sector),将根文件系统映像root.cramfs烧写到剩余空间(No.18〜No.35sector)。断电后再加电重新启动目标