基于ARM的linux内核裁剪与移植
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wutaimin( 楼主 ) 2011-5-4 15:48:46
    微处理器的产生为价格低廉、结构小巧的CPU和外设的连接提供了稳定可靠的硬件架构，这样，限制嵌入式系统发展的瓶颈就突出表现在了软件方面。尽管从八十年代末开始，已经陆续出现了一些嵌入式操作系统(比较著名的有Vxwork、pSOS、Neculeus和Windows CE)。但这些专用操作系统都是商业化产品，其高昂的价格使许多低端产品的小公司望而却步；而且，源代码封闭性也大大限制了开发者的积极性。而Linux的开放性，使得许多人都认为Linux非常适合多数Intemet设备。Linux操作系统可以支持不同的设备和不同的配置。Linux对厂商不偏不倚，而且成本极低，因而很快成为用于各种设备的操作系统。嵌入式linux是大势所趋，其巨大的市场潜力与酝酿的无限商机必然会吸引众多的厂商进入这一领域。 


1 嵌入式linux操作系统
    Linux为嵌入操作系统提供了一个极有吸引力的选择，它是个和Unix相似、以核心为基础、全内存保护、多任务、多进程的操作系统。可以支持广泛的计算机硬件，包括X86、Alpha、Sparc、MIPS、PPC、ARM、NEC、MOTOROLA等现有的大部分芯片。Linux的程序源码全部公开，任何人都可以根据自己的需要裁剪内核，以适应自己的系统。文章以将linux移植到ARM920T内核的s3c2410处理器芯片为例，介绍了嵌入式linux内核的裁剪以及移植过程，文中介绍的基本原理与方法技巧也可用于其它芯片。


2 内核移植过程
2．1 建立交叉编译环境
    交叉编译的任务主要是在一个平台上生成可以在另一个平台上执行的程序代码。不同的CPU需要有不同的编译器，交叉编译如同翻译一样，它可以把相同的程序代码翻译成不同的CPU对应语言。
    交叉编译器完整的安装涉及到多个软件安装，最重要的有binutils、gcc、glibc三个。其中，binutils主要用于生成一些辅助工具；gcc则用来生成交叉编译器，主要生成arm—linux—gcc交叉编译工具；glibc主要是提供用户程序所使用的一些基本的函数库。
    自行搭建交叉编译环境通常比较复杂，而且很容易出错。本文使用的是开发板自带的交叉编译器，即CROSS一3．3．4．交叉编译器，该编译只需将光盘中的arm—linux一3．3．4．bar．bz2用tar ixvf arm—linux一3．3．4．bar．bz2命令解压到／usr／local／arm下即可。
2．2 修改Makefile
    修改内核目录树根下的Makefile时，可先指明交叉编译器。设计时，可向Makefile中添加如下内容：
    ARCH ?=arm
    CROSS_COMPILE?=arm-linux-然后设置PATH环境变量，使其可以找到其交叉编译工具链，然后运行vi～／．bashrc，再添加如下内容：
    export PATH=／usr／local／arln—linux一3．4．4／bin：$PATH
2．3 设置Flash分区
    此处一共要修改3个文件，分别如下：
    (1)在arch／arm／machs3c2410／devs．c文件中添加如下内容：
    #include
    #include
    #include
    然后再建立Nand Flash分区表；同时建立Nand F1ash芯片支持，最后加入Nand Flash芯片并支持到Nand Flash驱动。
    另外，还要修改arch／arm／machs3c2410／devs．C文件中的s3c_device_nand结构体变量，同时添加对dev成员的赋值。
    (2)指定启动时初始化
    内核启动时，可以依据对分区的设置进行初始配置，然后修改arch／am4mach—s3c2410／machsmdk2410．e文件下的smdk2410_devices[]，指明初始化时包括在前面所设置的flash分区信息，并添加如下语句：
    &s3c_device_nand，
    (3)禁止Flash ECC校验
    内核一般都是通过UBOOT写到Nand Flash的。UBOOT则通过软件ECC算法来产生ECC校验码，这与内核校验的ECC码不一样，内核中的ECC码是由S3C2410中Nand Flash控制器产生的。所以，这里选择禁止内核ECC校验。
    修改drivers／mtd／nand／s3c2410．C 下的s3c2410_nand_init_chip ()函数，可在该函数体最后加上如下一条语句：
    chip->eccmode=NAND_ECC_NONE；
3 内核配置过程
3．1 支持启动时挂载devfs
    为了使内核支持devfs以及在启动且在／sbin／init运行之前能自动挂载／dev为devfs文件系统，应修改fs／Keonfig文件，找到menu“Pseudo filesystems”并添加如下语句： 
3．2 配置内核产生．config文件
    Linux内核裁减的配置菜单命令有好几个配置方法，这几个方法实现的功能类似，只是与用户的交互界面不同。其中：
    make config是基于文本的、最为传统的配置界面，可进入命令行；
    make menuconfig是基于文本菜单的配置界面；
    make xconfig是基于图形窗口模式的配置界面，在Xwindow下推荐使用该界面。
    在这3种方法中，make menuconfig使用最为广泛，这里选用的是make menuconfig的配置方法。相应的配置有三种选择，它们分别代表的含义如下：
    “Y”：将该功能编译进内核；
    “N”：不将该功能编译进内核；
    “M”：将该功能编译成可以在需要时动态插入到内核中的模块。
    运行make menuconfig时，在smdk2410_defeonfig基础上，其所增删的内核配置项如下：
    (1)增加对模块的支持
    Loadable module support--->
   
Enable loadable module support
   
Automatic kernel module loading
    System Type——>
4 内核编译与下载
4．1 内核编译
    编译内核时，可运行以下命令：其一是#make clean，即清理环境，保证没有不正确的依赖文件存在；二是#make dep，即将内核源码树中每个子目录产生的“．depend”文件建立起依赖关系；三是#make zImage，用于建立压缩的linux内核映像。
4．2 下载zImage到开发板
    下载zImage到开发板的方法很多，常见的有网络下载(如FTP、TFTP等方式)、串口下载、USB下载等。本文采用FTP方式来移植Linux内核映像文件到目标机NAND FLASH中。代码如下：
    CRANE2410#tftp 0x30008000 zImage
    至此，该嵌入式Linux的编译和移植工作便告全部完成。 




5 结束语
    本文以将linux移植到ARM920T内核的s3c2410处理器芯片为例，介绍了嵌入式linux内核裁剪以及移植的过程，并对移植中的关键技术和重要步骤给出了详细的说明。移植后的Linux系统在开发板上运行稳定，性能良好。本文的操作过程对嵌入式Linux系统在其它处理器上的移植也具有参考意义。