目前,在嵌入式系统中基于ARM微核的嵌入式处理器已经成为市场主流。随着ARM技术的广泛应用,建立面向ARM构架的嵌入式操作系统成为当前研究的热点问题。
已经涌现出许多嵌入式操作系统,如VxWork,windows-CE,PalmOS,Linux等。在众多的嵌入式操作系统中,Linux以其开源代码及免费使用倍受开发人员的喜爱。本文选用的微处理器S3C2410是基于32位ARM920T内核的微处理器,基于此处理器构造一Linux嵌入式操作系统,将其移植到基于32位的ARM920T内核的系统中,在此基础上进行应用程序开发。
1开发环境介绍
1.1基于S3C2410ARM920T的硬件平台
该系统的硬件平台为深圳旋极公司提供,硬件的核心部件为三星$3C2410ARM920T芯片,外围还包括:64MNANDFLASH和RAM外围存储芯片;串口、网口和USB外围接口;CSTNLCD和触摸屏外围显示设备;UDAl34lTS的外围音频设备。S3C2410处理器和外围设备共同构成了基于ARM920T的开发板。
1.2嵌入式Limlx软件系统
该嵌入式Linux的软件系统包括以下4个部分:引导加载程序vivi;Linux2.6.14内核;YAFFS2文件系统以及用户程序。他们的可执行映像依次存放在系统存储设备上,如图1所示:
与通常的嵌入式系统布局有所不同,本系统在引导加载程序和内核映像之间还增加了一个启动参数区,在这个区里存放着系统启动参数。引导加载程序通过调用这些参数来决定启动模式、启动等待时间等,这些启动参数的增加加强了系统的灵活性。
2嵌入式Linux系统设计与实现
2.1引导加载程序vivi
2.1.1vivi的基本功能
该系统使用的:Bootloader是vivi,vivi是韩国MIZIResearch公司为其开发的SMDK2410开发板编写的一款引导程序。vivi是CPU加电后运行的第一段程序,其基本功能是初始化硬件设备、建立内存空间的映射图,从而为调用嵌入式Linux内核做好准备。
vivi由2部分组成:一部分是依赖于CPU体系结构的代码,用汇编语言实现对硬件环境的初始化,并为第二部分代码的执行做好准备;另部分是用C语言实现内存空间的映射,并将Linux内存映像和根文件系统映像从FLASH上读到RAM空间中,设置好启动参数,最后调用内核。
2.1.2Bootloadcrvivi移植
从网站www.mizi.com下载vivi源码并解压,按以下步骤进行移植,该系统使用ARM-GCC一2.95.2对vivi进行编译。
(1)指定/vivi/Makefile文件中的CROSS-COM-PILE,Linux-INCLUDE-DIR,ARM-GCC-LIBS,如下面的参考路径:
Linux_INCLUDE_DIR=/opt/host/armv41/include/;
CROSS_COMPILE=/opt/host/armv41/bin/armv41一UD-
known-Linux一:
ARM-GCC-LIBS=/opt/host/armv41/lib/gcc-lib/ar-
mv41一unknown-Linux/2.95.2:
(2)修改/vivi/arch/s3c2410/smdk.C文件里的mtd-par-tition-tdefault-mtd-partitions[]分区内容如表1所示;
(3)增加/vivi/lib/loadyaffs.C文件,实现烧写yaffs2
映像文件;修改/vivi/lib/Config_cmd.in,增加如下一行:boolloadyaffstOflashcommandCONFIG-LOAD-YAFFS,使得loadyaffs命令可作为可选项;
(4)执行makedistclean:清理vivi编译环境;执行makemenuconfig进行对vivi裁剪,根据实际情况进行选择,注意要选上[*]loadyaffstOflashcommand因为这里用的是YAFFS2文件系统,需要vivi支持YAFFS2映像下载;执行make生成所需要的文件vivi;
(5)采用JTAG烧写映像到目标板NANDFLASH的零地址处,实现引导程序的装载。
2.2Linux2.6.14内核的移植
2.2.1内核的选择
Linux内核版本的更新速度非常快,但Linux的内核版本发行同Linux对嵌入式处理器支持程度的发展是不同步的,因此,需要对特定的处理器体系结构选择合适的内核,并且根据其硬件功能部件加上相应的补丁。根据$3C2410的体系结构以及外围硬件特性,该系统采用Linux2.6.14内核,所用的编译器为ARM-Linux-GCC一3.4.1版本;由于该系统采用的是YAFFS2文件系统,因此需要从网上下载yaffs2.tar.gz文件,解压并执行./patch.ker.sh/I.inux2.6.14命令,对I.inux内核打补丁使其支持YAFFS2文件系统。
2.2.2内核的修改
(1)修改内核源码中Makefile的交义编译项:
ARM?=arm;CROSS一COMPILE?=/usr/local/arm/3.4.1/bin/arm-Linux一;
(2)在arch/arm/mach-s3c2410/devs.C文件中:
①增加头文件定义:
#include
#include
#inelude
②增加staticstructmtd-partitionpartition-info[]函数,建立分区表信息;
③加入NandFlash分区:struets3c241O-nand-setnandset一{nr_partitions:5,partitions:partition-info,};
④建立NandFlash芯片支持structs3c2410-platform-nandsuperlpplatform={tacls:O,twrph0:30,twrphl:0,sets:&.nandset,nr-sets:1,};
⑤在NandFlash驱动里加入NandFlash芯片支持:在s3C-device-nand中增加.dev一{.platforM一data一&super-lpplatform}。
(3)在arch/arm/machs3c2410/machsmdk2410.C中的一initdata部分增加&s3c-device-nand,使内核启动时初始化NANDFLASH信息。
(4)为了使内核支持devfs并在启动时在/sbin/init运行之前自动挂载/dev为devfs文件系统.修改fs/Kconfig.并在menuPseudofilesystetns下添加如下语句:configDEVFS_FSbooI/devfliesystemsupport(OBOLETE)defaultyconfigDEVFS-MOUNTboolAutomaticallymountatbootdefaultydependsonDEVFSFS
2.2.3内核的编译和加载
(1)执行makemrproper:编译内核前清理编译环境。
(2)执行makemenuconfig:对内核进行配置是量体裁衣的过程.是十分复杂的过程,配置适合自已的内核可能需要多次重复的配置操作。以下根据该系统对部分配置做简单介绍:Bootoptions一一一>Defaultkernelcommandstring
Noinitrdroot=/dev/mtdblock3init=/Linuxrc
console--ttySAC0.115200
说明:mtdblock3代表NANDFASH第4个分区,他足该系统的root分区;
Floatingpointemulation一一一>
[*]NwFPEmathemulation
#选择在内核中使用NWFPE浮点模拟
Filesystems一一一>
<>Secondextendedfssupport
#去除对ext2的支持
Pseudofilesystems一一>
[*]/procfilesystemsupport
[*]Virtualmemoryfilesystemsupport(former
shmfs)
[*]/devfilesystemsupport(OBSOLETE)
[*]Automaticallymountatboot(NEW)
这里会看到前面修改fs/Kconfig的结果,devfs已经被支持。
Miscellaneousfilesystems一-->
#选择YAFFS2根文件系统
<*>YAFFS2filesystemsupport
------512byte/pagedevices
[*]LetsYaffsdoitsownECC
[]UsethesameeccbyteorderasStevenHillSnand-ecc.C
一一一2048byte(orlarger)/pagedevices
[*]Autoselectyaffs2format
[*]Disablelazyloading
(10)Reservedblocksforcheckpointing
[*]Turnoffwidetnodes
[]Forcechunkerasecheck
[]CacheshortnamesinRAM
NetworkFileSystems---〉
<*〉NFSfilesystemsupport
(3)执行makebzlmage,成功编译后将在arch/arm/boot/下生成需要的文件zImage。
(4)在vivi提示符下,输入loadflashkernelx命令通过串口下载内核映像到NANDFLASH的KERNEL分区中。
2.3文件系统
Linux采用文件系统组织系统中的文件和设备,为设备和用户程序提供统一接口。他支持CRAMFS,JFFS2.RAMDISK等多种文件系统。本系统使用可读写的YAFFS2根文件系统。
2.3.1YAFFS2文件系统简介
YAFFS2是YAFFS(YetAnotherFLASHFileSystem)的升级版,能更好地支持NANDFLASH,是一种类似于JFFS的专门为FLASH设计的嵌入式文件系统。与JFFS相比,他减少了一些功能,因此速度更快、占用内存更少。NANDFLASH大多采用MTD+YAFFS的模式,通过YAFFS文件系统,可以像操作硬盘上的文件一样操作FLASH中的数据,在系统断电后数据仍然存储在FLASH芯片中.
2.3.2根文件制作
(1)建立根文件系统目录root,在root目录下建讧子日录bin,sbin,dev,etc,proc,lib,user;
/bin:保存大多数如init.busybox,shell.文件管理实用程序等二进制文件;
/sbin:保存系统启动过程通常需要的命令;
/dev:包含用在设备中的所有没备节点;
/etc:包含系统的所有配置文件;
/proc:这是一个必须设置的特殊目录,在系统运行之后他下面有许多内容,在某些情况下,可以通过他进行系统设置,许多工具能从这里获得信息。在编译内核时要选择文件系统proc的支持;/lib:包含所有必要的库;
/user:存放用户程序。
(2)编译busybox.busyh。x足一个著名的开源软件.他以极小型的应用程序集成了一百多个最常用的Linux命令,闪此享有嵌入式Linux的瑞士军刀的美臀。首先,从网上下载busybox源码.该系统使用的是1.1.3版本;其次,执行nlakemenuconfig命令.根据实际需求进行功能配置,该系统将busybox编详为静态连接;最后:执行FIlakca11install进行编译、安装;编译器为:ARM-Linux-GCC一3.4.1,安装路径与上述root为同一路径。这样在root目录下将有脚本Linuxrc.在/bin,/sbin日录下将订busvbox提供的指向busybox的符号连接命令集。
(3)编写启动脚本:一般系统启动时都会按要求执行相应的初始化操作。写住命令仃的init=/Liunxrc?这个Linuxrc足指向/etc/init.d/rcS文件的一个符号连接。在rcs文件中列出了Linux仞始化要执行的文件.例如.初始化进程init、挂载根系统、挂载模块化设备驱动等。rcs的作用相当于windoWS中的autocxec.bat文什,由于对于不同的应用rcS的内容变化很大,因此应根据实际需要编写rcS的内容。
(4)制作YAFFs2映象:利用实用程序nlkyaffsinlage(mkvaffmage与root目录在同一路径下)制作YAFFS2映像root.img命令为:
#./inkyaffsimagerootroot.Inlgroot.img就是所需要的YAFFS2文件系统;
(5)文件系统映像下载:在vivi提示符下,执仃loadyaffsrootx选择root.inlg将文件通过串口下载到NANDFLASH的root分区中.然后复化或重启开发板,就可以启动Linux系统。
3结语
通过对嵌入式系统ARNI平台的构建,分析bootloadervivj的功能.阐述了Linux内核的移植,同时也解释r制作YAFFS2文件系统的步骤和方法.意在给嵌入式系统平台的搭建有个整体的把握和认识,以降低进入ARM嵌入式开发应用领域的门槛,进一步推进嵌入式软硬件开发的进程。 |