[工學]02--基于arm9的linux26內核移植(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 進行掛接。首先得進入minicon回車，然后按開發板的重啟鍵進入minicon。 ifconfig eth0 mount –t nfs –o nolock :/nfs /mnt這樣就可以通過/mnt目錄來訪問主機上的/nfs目錄了。本章首先介紹了嵌入式Linux系統的體系結構，其軟件系統部分包據系統層、支撐層、應用層，這些是本文將要實現的具體內容，以下各章順序也是按該體系結構從底層到上層安排的。接著描述了S3C2410A微處理器的結構，介紹了其內部的典型控制器，還簡要介紹了硬件系統結構，這些內容和后面設備驅動的移植有關。最后，詳述了嵌入式系統軟件開發環境的建立方法、主機控制臺的配置及網絡服務的配置，以供后面開發使用。3 嵌入式Linux的引導BootLoader程序 BootLoader概述[1][11] BootLoader簡介BootLoader是系統加電后運行的第一段代碼。在一個基于ARM的嵌入式系統中，系統在上電或復位時通常都從地址0x0000000O處開始執行，而在這個地址處安排的就是系統的BootLoader。一般它只在系統啟動時運行非常短的時間，但對于嵌入式系統來說，這是一個非常重要的系統組成部分。BootLoader主要用于初始化硬件設備，建立內存空間的映射圖，將操作系統內核復制到內存中并跳轉到內核入口。下表列出了幾種比較流行并且支持Linux操作系統的BootLoader并對它們進行了簡單的比較。表31顯示開放源碼的支持Linux的BootLoaderBootLoader基本描述LiloX86平臺上Linux的BootLoaderGrubGNU項目中Lilo的升級品RedBooteCos的BootLoaderBlobLart項目中的BootloaderUBoot通用BootLoader，功能最全UBoot是德國DENX小組開發的用于多種嵌入式CPU的BootLoader程序，是在ppcBoot以及ARMboot的基礎上發展而來的，UBoot不僅支持嵌入式Linux系統的引導，它還支持NetBSD、VxWorkS、QNX、RTEMS、ARTOS、LynxOS等嵌入式操作系統。而且支持PowerPC、MIPS、x8ARM、NIOS、XScale等諸多常用系列的處理器。它的功能也比較強大，支持tftp、nfs等多種網絡協議，所以本論文將對UBoot進行移植及使用。 BootLoader的啟動模式及其應用BootLoader一般都要有兩種啟動模式:Flash啟動模式和下載模式。Flash啟動模式:這種模式下，先要將內核映像和根文件系統寫入Flash，設備啟動時BootLoader將Flash中的內核及根文件系統映像讀入SDRAM指定位置并跳轉到內核入口執行內核，整個過程沒有用戶的介入。下載模式:這種模式下，Flash中可以沒有內核和根文件系統。設備啟動時BootLoader通過串口或網絡等通信方式從主機下載內核映像和根文件系統映像等。這種方式可以有以下用途:1)做為安裝或更新手段。通過BootLoader將要寫入Flash的文件下載到內存，然后通過相應的命令，將其寫到Flash指定的地址，在第一次安裝內核與根文件系統時被使用，以后系統更新時也會使用BootLoader的這種工作模式。2)做為調試手段。將內核和根文件下載到內存指定位置，并配置好傳遞給內核的參數，可用BootLoader提供的命令直接運行內核，此種方式，可以避免將內核和根文件頻繁寫入Flash。3)還可以直接以下載模式工作。以這種方式工作，內核或文件系統可存儲在遠程主機上，系統不需配置較大的存儲介質，和無盤工作站有點類似。在系統移植時采用如圖所示的工作模式調試內核和文件系統。圖31為BootLoader的下載模式的應用 NAND Flash和NOR Flash的區別NOR Flash的特點是芯片內執行(XIP，eXecute In Place)，這樣應用程序可以直接在Flash閃存內運行，不必再把代碼讀到系統RAM中。NOR的傳輸效率很高，在1M4M的小容量時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。NAND FLASH結構能提供極高的單元密度，可以達到高存儲密度，并且寫入和擦除速度也很快。應用NAND的困難在于NAND Flash的管理需要特殊的系統接口。擦除NOR器件時是以64KB128KB的塊進行的，執行一個寫入/擦除操作的時間為5s，與此相反，擦除NAND器件是以8KB~32KB的塊進行的，執行相同的操作只需要4ms。NOR Flash帶有SRAM接口，有足夠的地址引腳來尋址，可以很容易的存取其內部的每一個字節。NAND器件使用復雜的I/0口來串行地存取數據，各個產品或廠商的方法可能不同。用8個引腳來傳送控制、地址和數據信息。由以上的區別可以看出， NOR Flash適合于存儲程序代碼，而 NAND Flash適合于存儲大量數據。但同樣容量的存儲芯片， NAND Flash的價格是NOR Flash的1/5。又因為S3C241OA芯片支持從 NAND Flash直接啟動，所以很多開發板上 NOR Flash容量很小甚至沒有，也有的開發板只有 NOR Flash而沒有NAND Flash。UBoot的目錄結構下面的表格列出UBoot下的子目錄及其內容，移植過程中需要修改其中的部分文件。表32 UBoot的目錄結構及內容board該目錄包含一些對特定板子的初始化和操作代碼cpu該目錄下是針對特定處理器的初始化和操作代碼，mon此目錄存放獨立于處理器體系結構的通用代碼，如內存大小探測與故障檢測，的的主函數，負責接受用戶輸入并送給相應的處理函數執行 driver此目錄下放的是各種驅動，如以太網驅動、LCD屏驅動docUBoot的說明文檔examples目錄下放的是可在UBoot下運行的例子，相當于Linux中應用程序fs目錄下文件系統include目錄下存放各種頭文件和配置文件lib處理器體系相關的文件，如lib/arm目錄就包含ARM體系結構相關的文件net與網絡功能相關的文件目錄，如bootp、nts、tftppost上電自檢文件目錄RtcRTC驅動程序tools目錄下的代碼都是可供使用的“工具”。用于創建UBoot的bin鏡像文件。因為是在宿主機上跑的，需使用gcc編譯大多數BootLoader都分為stagel和Stage2兩部分，UBoot也不例外。依賴于CPU體系結構的代碼通常放在stagel并用匯編語言來實現，而Stage2則通常用C語言來實現，這樣可以實現復雜的功能，而且有更好的可讀性和移植性。Stage1功能分析，UBoot是從cpu/ARM920t /，這個文件的任務是設置處理器狀態、初始化中斷和內存時序等，并確定是否需要對整個UBoot代碼重定位，最終從Flash中跳轉到定位好的內存地址執行。其主要代碼功能如下。1)定義入口。由于一個可執行的uImage必須有一個入口點，并且只能有一個全局入口，通常這個入口放在Flash的0x00000000地址，因此，必須通知編譯器以使其知道這個入口，該工作可通過修改連接器腳本來完成。2)設置異常向量 (Exception vector)。3)設置CPU的速度、時鐘頻率及中斷控制寄存器。4)初始化內存控制器。5)將Flash中的程序復制到RAM中。6)初始化堆棧。7)轉到RAM中執行。Stage2功能分析libarm/，也是整個啟動代碼中C語言的主函數，同時還是整個UBoot的主函數，該函數主要完成如下操作:1)調用一系列的初始化函數。cpu_init()。 //片級初始化代碼board_init()。 //板級初始化相關代碼interrupt_init()。 //中斷初始化env_inito。 //事件初始化init_baudrate()。 //初始化波特率Serial_init()。 //串口初始化2)初始化Flash設備。初始化Flash是指提供Flash的各bank的情況，是否擦寫，是否上鎖等信息，為以后Flash相關命令使用。3)初始化系統內存分配函數。4)如果目標系統有NAND設備，則初始化NAND設備。5)如果目標系統有顯示設備，則初始化該類設備6)初始化相關網絡設備，填寫IP、MAC地址等。7)進入命令循環，接受用戶從串口輸入的命令，然后進行相應的工作。 Flash啟動的研究實現從NOR Flash啟動UBoot的基本原理如果S3C2410A被配置成從NOR Flash啟動，在S3C241OA上電后，NOR FLASH會執行UBoot啟動。具體實現。，并且對一些開發板己經有了板級支持，如smdk241O開發板，但由于嵌入式硬件平臺種類繁多，嵌入式產品層出不窮，UBoot無法支持新的嵌入式硬件平臺。因此在新的硬件平臺上移植UBoot的難點在于在UBoot源碼中編寫對硬件平臺的板級支持，使硬件平臺上的FLASH、SRAM、串口控制芯片、網絡控制芯片以及其他芯片可以正常工作。研究中使用的開發板和smdk2410開發板相近，所以這里直接在smdk2410目錄上修改。移植UBoot到開發板上只需要修改和硬件相關的代碼即可。主要修改的文件有:Makefile文件、()，，以及cpu目錄下的串口驅動文件。具體修改如下:1)cpu/，修改relocate代碼段，初始化NAND Flash控制器，并將UBoot自身代碼復制到內存指定地址。2)編寫 ./include/configs/，該文件主要設置目標板的硬件配置，包括設置一些關鍵寄存器的值，設置FLASH及RAM的起始地址以及片選，設置串口波特率等。本文件還包含了一些定制UBoot的配置信息，包括啟動等待時間，是否自動執行啟動命令，UBoot提示符以及UBoot所支持的用戶交互命令等。3)編寫./board/smdk24l0/，此文件的主要作用是完成板卡的檢測以及SDRAM的初始化和SDRAM容量大小的檢測。define CONFIG_NR_DRAM_BANKS 1 /* we have 1 bank of DRAM */ define PHYS_SDRAM_1 0x30000000 /* SDRAM Bank 1 */ define PHYS_SDRAM_1_SIZE 0x04000000 /* 64MB */圖32 4)增加對NAND Flash操作的相關文件:，這個文件在原來的UBoot里面沒有需要自己加進去，本書編譯的UBoot源代碼是根據《嵌入式應用開發完全手冊》278頁的代碼進行寫入的，將寫入的C代碼放到UBoot下面/cpu/arm920t/s3c24x0下面。主要執行對Nand Flash的擦除、寫入操作。5)Makefile文件。UBoot的Makefile文件包括了UBoot所支持的目標板列表，若定義了新的目標板則要加進去。6）修改支持網卡驅動（可以選擇支持多種網卡驅動）。執行 vim include/configs/圖34 配置網卡驅動 網卡CS8900的訪問基地址是0x19000000，之所以