引导程序,内核,根系统.ppt

1、,U-BOOT移植,经典2410开发平台基本硬件电路,UART,网卡,NAND,SDRAM,S3C2410,JTAG,Bootloader的概念,Boot Loader 就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。 通常，Boot Loader 是严重地依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式世界。因此，在嵌入式世界里建立一个通用的Boot Loader 几乎是不可能的。尽管如此，我们仍然可以对Boot Loader 归纳出一些通用的概念来，以指导用户特

2、定的Boot Loader 设计与实现。,Bootloader的概念,Bootloader是一段可执行程序，完成的主要功能是将可执行文件（一般是操作系统）搬移到内存中，然后将控制权交给这段可执行文件（操作系统）。,cpu,loader,Bootloader的工作模式（一）,下载模式 对研发人员来说，Bootloader一般需要工作在这种模式下，特别是调试内核或者Bootloader本身的时候。 通过串口终端与Bootloader进行交互，可以操作系统硬件。比如通过网口或者串口下载内核，烧写Flash等等。,Bootloader的工作模式（二）,启动加载模式 嵌入式产品发布的时候，Bootloa

3、der必须工作在该模式下。 这种情况下，Bootloader必须完成硬件自检、配置，并从Flash中将内核拷贝到SDRAM中，并跳转到内核入口，实现自启动，而不需要人为的干预。,Bootloader的安装媒介,系统上电时或复位以后，都从芯片厂商预先安排的一个地址处取第一条指令执行（对我们的S3C2410芯片，从0 x0处开始）。 由于上电或复位需要运行的第一段程序就是Bootloader，故必须把Bootloader放入该地址。将Bootloader写入固态存储设备，永久保存，系统上电后将自动执行Bootloader。,Bootloader的烧写,Bootloader可以配置系统。 没有Boo

4、tloader，系统就不能启动。 Bootloader可以实现自烧写。但是系统中没有还没有Bootloader的时候，怎么启动？ JTAG烧写。,典型的Flash存储空间分配图,bootloader,启动参数,内核,根文件系统,嵌入式系统中常见的Bootloader,Vivi Blob Redboot U-Boot(armboot、ppcboot整合),U-Boot简介,1999年由德国DENX软件工程中心的Wolfgang Denk发起，全称Universal Bootloader。 特点： 支持多种硬件构架：包括ARM、x86、PPC、MIPS、m68k、NIOS、Blackfin 支持多

5、种操作系统：包括Linux、VxWorks、NETBSD、QNX、RTEMS、ARTOS、LynxOS 支持多达216种以上的开发板 开放源代码，遵循GPL条款 易于移植、调试 官方网站：http:/www.denx.de/wiki/U-Boot/WebHome,U-Boot目录结构,board 目标板相关文件，主要包含硬件初始化、SDRAM初始化 common 独立于处理器体系结构的通用代码 cpu 与处理器相关的文件，包含cpu初始化、串口初始化、中断初始化等代码 doc U-Boot的说明文档 drivers 设备驱动代码，如Flash驱动、网卡驱动、串口驱动等 fs U-Boot支持的

6、文件系统的实现，如cramfs、fat、ext2、jffs2等 include U-Boot使用的头文件，包括不同硬件构架的头文件 lib_xxx 处理器相关文件，如我们要使用的lib_arm，与arm体系结构相关的文件 net 网络功能的上层文件，实现各种协议，如nfs、tftp、arp等,U-Boot启动流程,和大多数的Bootloader一样，U-BOOT的启动分为两个阶段： stage1：依赖于CPU体系结构的代码，主要用汇编来实现。 stage2：通常用C语言来实现，这样可以实现复杂的功能，而且具有更好的可读性和可移植性。,U-Boot启动流程之stage1,第一阶段的代码位于cpu

7、/arm920t/start.S中，依次完成以下功能： 1、系统上电，进入svc模式 2、关闭看门狗，禁止所有中断 3、进行初级硬件初始化 4、将自身代码拷贝到SDRAM中 5、设置堆栈 6、清空bss段 7、跳转到C语言实现的stage2中,U-Boot的使用（1/3）,1、printenv 打印环境变量 打印U-Boot的环境变量，包括串口波特率、ip地址、mac地址、内核启动参数、服务器ip地址等等。 2、setenv 设置环境变量 对环境变量的值进行设置，保存在SDRAM中，但不写入Flash。这样系统掉电以后设置的环境变量就不存在了。 3、saveenv 保存环境变量 将环境变量写入

8、Flash，永久保存。掉电以后不消失。,U-Boot的使用（2/3）,4、ping 测试网络命令 ping命令用于测试目标板的网络是否通畅。 格式：ping + ipaddr 5、tftp 通过tftp协议下载文件至SDRAM 将tftp服务器上的文件下载到指定的地址，速度快。 格式：tftp + 存放地址 + 文件名 6、loadb 通过串口下载二进制文件 在目标板不具备网络功能的时候，可以配合超级终端下载二进制文件至内存中。缺点是速度慢。 格式：loadb + 存放地址,U-Boot的使用（3/3）,7、bootm 引导内核 先将内核下载到SDRAM中（通过tftp命令或者loadb命令）

9、，然后执行bootm命令引导内核。 格式：bootm + 内核地址 8、help或者？ 查看U-Boot支持的命令及其作用。,内核镜像的制作,mkimage A arm T kernel C none O linux a 0 x30008000 e 0 x30008040 d zImage n linux-2.6.24 uImage -A arm 目标平台是ARM构架的-T kernel 要处理的是内核 -C none 不采用任何压缩方式-O linux 要处理的Linux内核 -a 0 x30008000 加载地址，包括mkimage工具给内核添加的头信息 -e 0 x30008040 真正

10、的内核入口地址，除掉mkimage添加的0 x40长度的 头信息 -d zImage 使用的源文件是编译Linux内核得到的zImage -n linux-2.6.24 生成的内核镜像的名字 uImage 生成的供U-Boot启动的二进制内核镜像,LINUX内核移植,Linux介绍,桌面版本： 面向PC用户的桌面发行版本，常见的如 redhat、fedora、debian、Ubuntu、SUSE、红旗等。,Linux内核 内核是所有linux系统的中心软件组件。嵌入式领域所说的linux，一般是指linux内核。移植也是指的移植linux内核到目标平台。,Linux操作系统的发展,Linux

11、之父：李纳斯托沃兹 (Linus Torvalds),Linux内核的版本号,2.6.24 其中，2是主版本号，6是次版本号，24是修订版本号。 如果次版本号是偶数，说明是稳定版本。 如果次版本号是奇数，则是开发版本。 我们一般使用稳定版本。,Linux内核源代码目录结构,arch 包含和硬件体系结构相关的代码，每种平台占一个相应 的目录。如arm、avr32、blackfin、mips等。arch 目录在系统移植过程中是需要重点修改的部分 block 块设备驱动程序的IO调度。 crypto 常用的加密和离散算法，还有一些压缩和CRC校验算法,Linux内核源代码目录结构,drivers d

12、rivers 目录中是系统中所有的设备驱动程序。它又进一步划分成几类设备驱动，如block、char、mtd、net、usb、video等等，每一种有对应的子目录，如声卡的驱动对应于drivers/sound。该目录占用了整个内核发行版本代码的一半以上，其中有些驱动程序是与硬件平台相关的，有些是与硬件平台无关，例如字符设备、块设备、串口、USB 以及LCD 显示驱动等。,Linux内核源代码目录结构,Documentation 内核的说明文档。 fs 该目录下列出了Linux 支持的所有文件系统。目前Linux 已经支持包括JFFS2、YAFFS、ext3 和NFS 在内的多种文件系统，其中J

13、FFS2 常用于嵌入式系统NOR Flash 中的文件系统，YAFFS 常用于NAND Flash 中的文件系统，ext3 常用于台式PC 机的Linux 操作系统中的文件系统。还有一些伪文件系统，例如proc 文件系统，可以以伪文件的形式提供其他信息（例如，在proc 的情况下是提供内核的内部变量和数据结构）。虽然在底层并没有实际的存储设备与这些文件系统相对应，但是进程可以像有实际存储设备一样处理。,Linux内核源代码目录结构,include 头文件。与系统相关的头文件放在include/linux下， 与ARM体系结构相关的头文件放在include/asm-arm下。 init 内核初始

14、化代码。init 目录包含核心的初始化代码（不是系统的引导代码），有main.c 和Version.c 两个文件。这 是研究核心如何工作的好起点。 ipc 进程间通信代码。,Linux内核源代码目录结构,kernel 内核的核心代码，包括进程调度、定时器等。和arm平 台相关的核心代码在arch/arm/kernel目录下。 lib lib 目录包含了核心的库代码，不过与处理器结构相关的库代码被放在arch/ lib/目录下。Lib/inflate.c 中的函数能够在系统启动时展开经过压缩的内核。Lib 目录下剩余的其他文件实现一个标准C 库的有用子集，主要集中在字符串和内存操作的函数（str

15、len、memcpy 和其他类似的函数）及有关sprintf 和atoi 的系列函数上。,Linux内核源代码目录结构,mm 内存管理代码，和arm平台相关的内存管理代码在arch/arm/mm目录下。 net 网络相关的代码，实现了各种常见的网络协议。例如TCP/IP、IPX 等。 scripts scripts 目录下没有代码，包含用于配置核心的脚本文件。当运行make menuconfig 或make xconfig 之类的命令配置内核时，用户就是和位于这个目录下的脚本进行交互的。 sound 音频设备驱动的通用代码和硬件驱动代码都在这个文件下面。,Linux内核启动方案,Linux内核

16、有两种映像: 非压缩内核Image 压缩内核zImage 嵌入式系统存储容量有限，因此通常选择压缩内核zImage.要使用压缩内核zImage，需要在映像开头加入解压缩代码，将zImage解压后，才可以执行。,zImage的构成,内核编译完成后，会在arch/arm/boot目录下 生成zImage文件。 zImage文件的组成： pggy.o:压缩后的内核文件 head.o:系统初级初始化代码文件 misc.o:解压缩代码文件,Linux内核的配置(1/6),.config文件 这是linux编译时所依赖的文件。我们在配置内核时所做的任何修改，最终都会在这个文件中体现出来。它是Makefil

17、e对内核进行处理的重要依据。 一般来说，内核提供了芯片公司demo板的.config文件，我们一般找一个近似的进行修改。如S3C2410平台上可以选择s3c2410_deconfig这个文件。,Linux内核的配置(2/6),三种配置方式 make config 基于文本对话的配置方式，比较细致，但是浪费时间。对专业的内核开发人员比较合适。 make xconfig 基于图形界面的配置方式。非常直观，但是需要特殊的软件支持，一般不推荐。 make menuconfig 推荐的内核配置方式，采用目录的方式，直观，容易使用。,Linux内核的配置(3/6),关于Kconfig 在进行make me

18、nuconfig时，目录的生成依赖于Kconfig文件。一般来说，每个源代码目录下都有一个Kconfig文件。 config DM9000 tristate DM9000 support depends on ARM | BLACKFIN | MIPS select CRC32 select MII -help- Support for DM9000 chipset. To compile this driver as a module, choose M here. The module will be called dm9000.,Linux内核的配置(4/6),Kconfig对.conf

19、ig文件的影响： CONFIG_DM9000=y make menuconfig对内核配置所做的修改最终反应在.config文件中。如上所示，在.config文件中CONFIG_DM9000=y被定义为y。,Linux内核的配置(5/6),Kconfig对Makefile的影响： . obj-$(CONFIG_DM9000) += dm9000.o CONFIG_DM9000是tristate类型，有三个可能取值： y：编译进内核 m：编译成模块 n：不进行编译 若是bool类型，则只有两种可能，y或者n。,Linux内核的配置(6/6),关于Makefile Linux内核源码的每个目录下都

20、有一个Makefile，由该 Makefile对源代码的编译、链接等操作进行控制。 编译完成后，每个源代码目录下都会生成一个名叫 built-in.o的文件。这个文件由源代码目录下的所有源文件编译后的目标文件链接而成；而不同的built-in.o又被上层目录中的Makefile链接成更大的builtin.o，直到最后链接成为一个内核vmlinux.o。,用U-Boot启动Linux内核,1、下载u-boot.bin到SDRAM的0 x30008000处 tftp 0 x30008000 uImage 2、启动内核 bootm 0 x30008000,LINUX文件系统,Linux文件系统简介,

21、在Unix业界有一句话叫做“一切皆文件”，这是对Linux文件系统的一个很好抽象。 我们说“Linux中一切皆文件”直观地可以这样理解：所有的东西，设备、内存都模拟成文件。 而Windows中，我们则可以极端地认为“一切皆设备”,常用的文件系统,第二代扩展文件系统(EXT2),ext2fs由ReyCard设计，其目标是为Linux提供一个强大的可扩展文件系统 支持标准unix 文件类型 管理大的分区，达4TB 支持长文件名，255字符 为超级用户保留5%数据块,基于FLASH的文件系统,Flash(闪存)作为嵌入式系统的主要存储媒介，有其自身的特性。Flash的写入操作只能把对应位置的1修改为

22、0，而不能把0修改为1(擦除Flash就是把对应存储块的内容恢复为1)，因此，一般情况下，向Flash写入内容时，需要先擦除对应的存储区间，这种擦除是以块(block)为单位进行的。 闪存主要有NOR和NAND两种技术。Flash的擦写次数是有限的，NAND闪存还有特殊的硬件接口和读写时序。因此，必须针对Flash的硬件特性设计符合应用要求的文件系统；传统的文件系统如ext2等，用作Flash的文件系统会有诸多弊端。 在嵌入式Linux下，MTD(Memory Technology Device,存储技术设备)为底层硬件(闪存)和上层(文件系统)之间提供一个统一的抽象接口，即Flash的文件系

23、统都是基于MTD驱动层的。使用MTD驱动程序的主要优点在于，它是专门针对各种非易失性存储器(以闪存为主)而设计的，因而它对Flash有更好的支持、管理和基于扇区的擦除、读/写操作接口。,Jffs2,Jffs2: 日志闪存文件系统版本2 (Journalling Flash FileSystem v2) JFFS文件系统最早是由瑞典Axis Communications公司基于Linux2.0的内核为嵌入式系统开发的文件系统。JFFS2是RedHat公司基于JFFS开发的闪存文件系统，最初是针对RedHat公司的嵌入式产品eCos开发的嵌入式文件系统，所以JFFS2也可以用在Linux, uCL

24、inux中。 主要用于NOR型闪存，基于MTD驱动层，特点是：可读写的、支持数据压缩的、基于哈希表的日志型文件系统，并提供了崩溃/掉电安全保护，提供“写平衡”支持等。缺点主要是当文件系统已满或接近满时，因为垃圾收集的关系而使jffs2的运行速度大大放慢。 目前jffs3正在开发中。关于jffs系列文件系统的使用详细文档，可参考MTD补丁包中mtd-jffs-HOWTO.txt。 jffsx不适合用于NAND闪存主要是因为NAND闪存的容量一般较大，这样导致jffs为维护日志节点所占用的内存空间迅速增大，另外，jffsx文件系统在挂载时需要扫描整个FLASH的内容，以找出所有的日志节点，建立文件

25、结构，对于大容量的NAND闪存会耗费大量时间。,yaffs：Yet Another Flash File System,yaffs/yaffs2是专为嵌入式系统使用NAND型闪存而设计的一种日志型文件系统。与jffs2相比，它减少了一些功能(例如不支持数据压缩)，所以速度更快，挂载时间很短，对内存的占用较小。另外，它还是跨平台的文件系统，除了Linux和eCos，还支持WinCE, pSOS和ThreadX等。 yaffs/yaffs2自带NAND芯片的驱动，并且为嵌入式系统提供了直接访问文件系统的API，用户可以不使用Linux中的MTD与VFS，直接对文件系统操作。当然，yaffs也可与M

26、TD驱动程序配合使用。 yaffs与yaffs2的主要区别在于，前者仅支持小页(512 Bytes) NAND闪存，后者则可支持大页(2KB) NAND闪存。同时，yaffs2在内存空间占用、垃圾回收速度、读/写速度等方面均有大幅提升。,CRAMFS,由Linus Torvalds 参与开发的小型只读压缩文件系统 Inode、文件名称和目录信息不压缩 单个文件最大为16MB 数据压缩存放 适合不需要写、且体积较大的文件系统，如/lib,/opt等 与JFFS2、Cloop相比，读取速度快 压缩率可以超过50 读取文件时，每次读取4k内容，解压缩到cache中 Linux内核已提供了对cramfs的支持，只要编译时选中 创建文件系统（生成image文件） #mkcramfs /lib lib.cramfs #mkcramfs /usr usr.cramfs 挂载文件系统 #mount t cramfs lib.cramfs /lib o loop #m