基于ARM9的嵌入式linux系统移植

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引言

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、

功耗有严格要求的专用计算机系统。［１］

嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统资源有限、专用性强，在部署到嵌入式平台之前必须对其进行裁剪、定制，减小嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统体积，提高运行效率。

由于Ｌｉｎｕｘ具有内核小、效率高、源代码开放和强大的网络支持等一系列独特优势，嵌入式Ｌｉｎｕｘ将在未来的嵌入式发展中占最大的优势，其巨大的市场潜力已经吸引了众多的厂商进入这一领域。目前，国外的著名厂商，例如ＩＢＭ、ＤＥＬＬ等，几乎都在嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统的研究、开发和推广方面投入了巨资。国内

有一些公司，例如华恒、共创软件联盟、中软、红旗、万禾等，也开始积极从事嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统的研究、开发和推广。随着微电子技术的不断创新和发展，嵌入式系统（ＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍｓ）作为计算机应用的一个重要领域，已深入到社会的方方面面，越来越被人们所关注。嵌入式系统出现于６０年代晚期，它最初被用于控制机电电话交换机，如今已经广泛地应用于工业制造、过程控制、通讯、航空航海、军事装备等相关行业，而且深入到信息家电、娱乐、社会文化等各个领域，掀起了一场数字化的技术革命。随着多媒体技术与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ应用的迅速普及，消费电子（Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｖｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ）、计算机（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、通讯（Ｃｏｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）等３Ｃ一体化趋势日趋明显，极大地推进了嵌入式技术的发展，使嵌入式技术再度成为研究与应用的热点。

１交叉编译环境的创建

基于Ｌｉｎｕｘ　操作系统的应用开发环境一般是由目标系统硬件（开发板）　和宿主ＰＣ机所构成。目标硬件开发板用于运行操作系统和系统应用软件，而目标板所用到的操作系统的内核编译、应用程序的开发和调试则需要通过宿主ＰＣ　机来完成（所以称为交叉编译）　。双方之间一般通过串口、并口或以太网接口建立连接关系。交叉编译工具是嵌入式开发的基础，完善的工具链可以保证项目开发的进度和质量。交叉编译工具可以通过两种方式获得，一种是直接从网上下载已经制作好的交叉编译工具，另一种就是自己制作交叉编译工具，制作方式是：（１）下载源码，准备补丁；（２）设置环境变量，指定交叉编译器的安装目录；（３）内核头文件的设置；（４）二进制工具包ｂｉｎｕｔｉｌｓ的设置；（５）编译器ｇｃｃ的设置；（６）Ｃ链接库ｇｌｉｂｃ的设置；最后是完整编译器的设置。本文用的交叉编译工具为ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ－ｇｃｃ４．０．２，将交叉编译器解压到相应的目录下，命令为＃　ｔａｒ－ｚｘｃｆａｒｍｌｉｎｕｘｇｃｃ４．０．２．ｔａｒ．ｂｚ２，要注意解压后的路径。

本文所使用的嵌入式系统目标平台是

ＳａｍＳｕｎｇ公司基于ＡＲＭ９２０Ｔ　内核的嵌入式处理Ｓ３Ｃ２４１０，ＡＲＭ２４１０开发板支持ＷＩＮＣＥ、Ｌｉｎｕｘ、ＵＣＯＳ以及ＮＵＣＬＥＵＳ嵌入操作系统。面向手持式设备以及高性价比，低功耗的应用，内部集成ＬＣＤ，ＵＳＢ等控制器。Ｌｉｎｕｘ内核采用２．６版本的内核，它吸收了一些新技术，在性能，可靠性和可扩展性方面有较大提高。本设计基于ｆｅｄｏｒａ　－１２进行开发。

２　嵌入式ｌｉｎｕｘ系统组成

嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统从软件方面来说主要包括以下几个部分，Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ（引导程序），内核启动参数，内核（ｋｅｒｎｅｌ）和根文件系统四个部分，在Ｆｌａｓｈ中存储的示意

图如图１所示。

［２］

图１系统组成

２．１ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ的移植

Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ指系统启动后，在操作系统内核之前运行的一小段程序。Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ主要完成硬件检测和系统引导，操作系统的主要功能之一是管理系统硬件设备，屏蔽硬件细节，向其上的应用提供标准接口，易于应用程序的编写和移植。我们可以初始化硬件设备，建立内存空间的映射图，从而为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ是依赖于硬件而实现的，但是不管事什么样的开发板，都是遵循以下流程：先关闭中断，设置ｃｐｕ的速度和时钟频率，初始化ＲＡＭ，将代码从ＦＬＡＳＨ中复制到ＲＡＭ中，设置堆栈，这样就搭建了一个Ｃ运行环境，之后跳转到Ｃ入口点，就是初始化驱动设备，设置

ｌｉｎｕｘ内核参数，启动ｌｉｎｕｘ。［３］

下载ｕ－ｂｏｏｔ压缩包，经过解压修改和设置一些参数后，通过ＪＴＡＧ接口烧写到开发板的Ｆｌａｓｈ　中。

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８９７２．２０１１．０７．０６１

基于ＡＲＭ９的嵌入式ｌｉｎｕｘ系统移植

李胜琴　许岩

西北师范大学数学与信息科学学院，

　甘肃 兰州 ７３００７０

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２．２　ｌｉｎｕｘ内核的移植ｌｉｎｕｘ内核源码树［４］

／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，这是内核工作开始的起点。

／ａｒｃｈ子目录包含了所有硬件结构特定的内核代码，如ｉ３８６和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和ｖｆａｔ等。

／ｎｅｔ子目录包含了内核的联网代码。／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子目录包含了主内核代码２．２．１内核源码下载

标准的ｌｉｎｕｘ内核源码可以从ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｅｒｎｅｌ．ｏｒｇ／ｐｕｂ／ｌｉｎｕｘ／ｋｅｒｎｅｌ／ｖ２．６／下载，也可以从镜像ｆｔｐ站点获得，笔者用的是ｌｉｎｕｘ－２．６．２６．ｔａｒ．ｇｚ，将其解压到相应的目录下，命令为＃ｔａｒ–ｚｘｖｆｌｉｎｕｘ－２．６．２６．ｔａｒ．ｇｚ。ａｒｍｌｉｎｕｘ是针对标准ｌｉｎｕｘ内核为ａｒｍ做的补丁，也可以直接下载针对ｌｉｎｕｘ内核打好ａｒｍ补丁的源码。

２．２．２　内核配置

内核配置通常是对内核的各个功能进行取舍配置，将配置的方案保存到ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ文件中。在交叉编译内核之前，对编译选项的配置是很重要的，本文中选择对Ｓ３Ｃ２４１０开发板的支持，选择ＦｉｌｅＳｙｓｔｅｍ支持，对于Ｆｉｌｅ　Ｓｙｓｔｅｍ应确保如下支持：

（１）ｐｒｏｃ　ｆｉｌｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓｕｐｐｏｒｔ（２）ＲＯＭ　ｆｉｌｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓｕｐｐｏｒｔ（３）Ｓｅｃｏｎｄ　ｅｘｔｅｎｄｅｄ　ｆｓ　ｓｕｐｐｏｒｔ然后配置块设备，使其支持ＲＡＭｄｉｓｋ。在编译内核的时候，就会根据此配置进行取舍编译。在编译目录下通过ｍａｋｅ　ｍｅｎｕｃｏｎｆｉｇ命令进入内核配置界面。

修改内核目录树根下的Ｍａｋｅｆｉｌｅ时，指定目标平台为ａｒｍ，指定交叉编译器，　可向Ｍａｋｅｆｉｌｅ中添加如下内容：

ＡＲＣＨ　？＝　ａｒｍ

ＣＲＯＳＳ＿ＣＯＭＰＩＬＥ　？＝　／ｕｓｒ／ｌｏｃａｌ／ａｒｍ＿ｃｒｏｓｓ／４．０．２／ｂｉｎ／ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ－

２．２．３　内核编译

编译内核使其生成内核映像，编译

内核有非压缩和压缩两种方式。［５］

压缩方式，内核从ＲＯＭ中启动，将被压缩的内核压缩到ＲＡＭ，然后再执行内核，有点是可以将内核事先烧写至ｆｌａｓｈ中，而无需手工下载，这种方式使用ｍａｋｅｚｉｍａｇｅ来编译内核。

＃ｍａｋｅ　ｄｅｐ ／／设置依赖关系

＃ｍａｋｅ　ｚＩａｍｇｅ ／／编译内核交叉编译内核时间相对较长，编译完成后会形成一个文件ｚＩｍａｇｅ，这就是编译成功后的ＡＲＭＬｉｎｕｘ内核。

２．３根文件系统的制作

根文件系统一直是ｌｉｎｕｘ系统不可或缺的组件，在嵌入式ｌｉｎｕｘ中，内核在启动期间进行的最后操作之一就是安装根文件系统。Ｂｕｓｙｂｏｘ是构建嵌入式根文件的软件，用它制作根文件系统简单，设置灵活。根文件系统一般都包括：１）基本的文件系统结构，包含一些必需的目录，比如：／ｄｅｖ，／ｐｒｏｃ，／ｂｉｎ，／ｅｔｃ，／ｌｉｂ，／ｕｓｒ，／ｔｍｐ；２）基本运行程序所需要的库函数，如：ｌｉｂ／ｕｃ－ｌｉｂｃ；３）基本的系统配置文件，如：ｒｃ，ｉｎｉｔｔａｂ等脚本文件；４）必要的设备文件，如：／ｄｅｖ／ｔｔｙ，／ｄｅｖ／ｆｄ０；５）基本的应用程序，如：ｓｈ，ｌｓ，ｃｐ，ｍｖ等；根文件系统制作就是生成包含上述各种文

件系统的过程。

［６］

２．３．１安装ｂｕｓｙｂｏｘ

从网站ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｕｓｙｂｏｘ．ｎｅｔ／下载ｂｕｓｙｂｏｘ－１．１７．４．ｔａｒ．ｂｚ２，使用ｔａｒ－ｚｘｖｆ　ｂｕｓｙｂｏｘ－１．１７．４．ｔａｒ．ｂｚ２解压，进入ｂｕｓｙｂｏｘ－１．１７．４．ｏ目录后执行　ｍａｋｅｍｕｎｕｃｏｎｆｉｇ命令可进入配置界面。修改ｂｕｓｙｂｏｘ根目录下的ｍａｋｅｆｉｌｅ使用交叉编译器。将ＡＲＣＨ？＝￥（ＳＵＢＡＲＣＨ）修改为ＡＲＣＨ？＝ａｒｍ，将ＣＲＯＳＳ＿ＣＯＭＩＬＥ？修改为ＣＲＯＳＳ＿ＣＯＭＩＬＥ？＝ａｒｍ＿ｌｉｎｕｘ－，修改后执行ｍａｋｅ命令编译ｂｕｓｙｂｏｘ。然后安装ｂｕｓｙｂｏｘ。

２．３．２创建根文件

开发板的根文件系统在主机上的目录为／ｈｏｍｅ／ｗｏｒｋ／ｌｓｑ，在此目录下使用ｍｋｄｉｒ命令创建ｄｅｖ，ｅｔｃ，ｈｏｍｅ，ｌｉｂ，ｍｎｔ，ｐｒｏｃ，ｒｏｏｔ，ｓｙｓ，ｔｍｐ目录。在／ｅｔｃ目录下存放配置文件；创建ｅｔｃ／ｉｎｉｔｔａｂ文件，ｉｎｉｔ进程根据／ｅｔｃ／ｉｎｉｔｔａｂ文件来创建其他子进程；创建ｅｔｃ／ｆｓｔａｂ文件，ｆｓｔａｂ文件描述系统中各种文件系统的信息，应用程序读取这个文件，然后根据其内容进行自动挂载的工作。

２．３．３制作ｙａｆｆｓ２文件系统映像文件制作文件系统映像文件，就是将一个目录下的所有内容按照一定的格式存放到一个文件中，这个文件可以直接烧写到存储设备中。

在ｙａｆｆｓ源码中有个ｕｔｉｌｓ目录，里面有ｍｋｙａｆｆｓｉｍａｇｅ和ｍｋｙａｆｆｓ２ｉｍａｇｅ的源代

码，前者制作ｙａｆｆｓ映像文件，后者制作ｙａｆｆｓ２映像文件，将下载的ｙａｆｆｓ２解压，在目录／Ｄｏｖｅｌｏｐｍｅｎｔ下有两个文件夹；进入ｙａｆｆｓ２／ｕｔｉｌｓ目录，加入两个文件：ｎａｎｄ－ｅｃｃ．ｃ和ｙａｆｆｓ＿ｐａｃｋｅｄ－ｔａｇｓｌ．ｃ；修改ｍａｋｅｆｉｌｅ文件

ＭＫＹＡＦＦＳＳＯＵＲＣＥＳ＝ｍｋｙａｆｆｓｉｍａｇｅ．ｃ　ｙａｆｆｓ＿ｐａｃｋｅｄｔａｇｓｌ．ｃ　ｎａｎｄ－ｅｃｃ．ｃ然后执行ｍａｋｅ生成ｍｋｙａｆｆｓ２ｉｍａｇｅ工具，复制工具到／ｕｓｒ／ｌｏｃａｌ／ｂｉｎ目录下，执行＃ｍｋｙａｆｆｓｉｍａｇｅ２　ｌｓｑ／ｐｙａｆｆｓ２．ｉｍｇ命令可生成文件系统映像文件，执行＃ｇｚｉｐ　–ｐｙａｆｆｓ２ｉｍｇ最终生成嵌入式ｌｉｎｕｘ根文件系统的映像文件为ｐｙａｆｆｓ２－．ｉｍｇ．ｇｚ。根文件系统制作完成。

３下载并执行映像文件

下载ｌｉｎｕｘ内核映像和根文件系统映像文件到目标板

＃ｔｆｔｐ　３０００８０００　ｚＩｍａｇｅ　／＊下载ｌｉｎｕｘ内核映像到目标板内存＊／

＃ｆｆｔｐ　３００８０００００　ｐｙａｆｆｓ２．ｉｍｇ．ｇｚ　／＊下载根文件系统映像到目标板内存＊／

＃ｇｏ　３０００８０００　／＊启动目标板ｌｉｎｕｘ＊／。

重启开发板，能看到嵌入式ｌｉｎｕｘ系统在超级终端完整的打印信息，说明嵌入式ｌｉｎｕｘ系统成功的移植到Ｓ３Ｃ２４１０上去了。

４总结

文章研究了基于ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ和Ｓ３Ｃ２４１０的嵌入式系统设计，详细地介绍了移植的基本方法，重点说明了移植过程的关键步骤。这对于嵌入式ｌｉｎｕｘ系统的

应用以后的发展具有重要意义。