linux内核编译（minis3c2440）

 启动过程：启动u-boot------>>启动linux内核----->>挂载根文件系统

什么是uboot：uboot是位启动linux内核前做的准备工作，是一种bootloader。bootloader的本质是一个裸机程序。

bootloader主要完成了哪些任务：1. 初始化异常向量表； 2. 初始化工作模式； 3. 初始化栈指针寄存器； 4. 初始化时钟； 5. 初始化串口等必要的外设。

还做了以下工作：1.关闭MMU（为了能访问真实内存）; 2. 关闭DCache; 3. 初始化sdram; 4. 初始化nand flash; 5. 初始化网卡并集成一些必要的协议，如tcp,tftp等; 6. 提供一个类似于linux那样的终端，方便与操作人员互动; 7. 能够设置并保存一些参数; 8. 能够复制linux内核程序到指定的内存空间，并引导系统运行。

启动u-boot:

u-boot有两种启动方式：如下图所示：左右两个部分代表，当用OM[1:0]选择了不同的启动方式时，从2440角度看到的地址分布，关键是看左右两张图的最下面，即地址0x00000000出在选择不同方式启动时的差别：

1. 如果选择的是nor-flash启动(左图)，那么此时nor-flash的首字节地址就是0x00000000，也就是说第一条指令从nor-flash取；

2. 如果选择的是nand-flash启动(右图)，那么此时内部iram的首字节地址就是0x00000000,也就是说第一条指令要从内部iram取。如果是这种情况的话，2440在运行iram中的程序之前， 它会自动把nand-flash中的前4KB数据拷贝到iram去，这段程 序是2440固化好的，称之为“垫脚石”。

总结一下，那就是如果我们把u-boot写入到nor-flash中，并设置开发板以nor-flash启动，那么自然系统一上电就运行我们写 入在nor-flash中的u-boot了。事实上之前我们的裸机程序就是这么做的。

如果程序在nand-flash中，并设置开发板以nandflash启动，2440就会把nand-flash中最前面的4KB程序拷贝到 iram中执行。而这4KB程序一把都是做搬移工作的，因为uboot可能会大于4KB。

接下来我们采用的主要是第一种方式。

使用Jlink-flash：打开J-flash-----file-New project(已经创建好的工程s3c2440.jflash)--open data file(ubbot-bin经编译好的二进制文件)-----Target----connect-Target--Production Programming---

设置并打开minicom:sudo minicom -s：

选择 Serial  port setup：

设置为如下格式：

然后保存（选择 Save setup as dfl），退出（exit）

再连接串口到虚拟机： 

进入minicom:sudo minicom，

查看nanflash坏块信息：nand bad，

擦除整片nandflash：nand erase.chip ，会对坏块信息做出标记，运行的时候就把这部分跳过去了

启动linux内核

配置网络相关环境变量（环境 变量都是一些键值对。这里键值全是文本，或者简单认为就是 字符串。键值对中的键被称之为变量名，值被称之为变量的值）

u-boot提供了常用的网络协议，接下来我们用的最多的就是tftp协议。因为我们需要通过该协议从电脑上下载linux内核程序，但是要使用tftp，就需要我们配置好网络相关的环境变量。他们包括： 1. netmask子网掩码 2. ethaddr 以太网mac地址 3. serverip tftp服务器ip地址 4. ipaddr mini2440ip地址

需要注意的是，要统一ipaddr mini2440ip地址和serverip tftp服务器ip地址，这样启动程序的时候，就会自动跳转到服务器ip地址

 sudo vi /etc/network/interfaces

添加网卡

注意：不能直接修改en33的值，因为这是一个wifi网卡，而连接虚拟机和开发板的是一个有线网卡，因此我们需要添加一块网卡。

点击虚拟机----设置---网络适配器----NAT模式----点击添加----网络适配器---设置为桥接模式---确认

再次用ifconfig查看，就可以看到新添加的网卡:ens36

 配置网络：sudo vi/etc/network/interfaces  ，并修改到如下格式（ens36由ifconfig命令查看）

重启网络：为了使配置文件生效，我们需要重启网络：sudo /etc/init.d/networking/restart

显示OK即配置成功

配置网卡

点击虚拟机左上角的编辑---虚拟网络编辑器----点击右下角更改设置

选择桥接模式---桥接至（自己的网络适配器 ，选择带有USB family controller的）

打开minicomPING网络

ping 192.168.1.100，ping成功则显示界面如下：

如何进行电脑与板子互传文件

查询服务器是否正常运行  sudo /etc/init.d/tftpd-hpa status

ubuntu下配置tftp服务器---安装tftp---->apt-get-install tftp-pha tftpd-hpa  这样服务器和客户端都装到ubuntu里面

配置tftp文件  ---> sudo vi .etc/default/tftpd-hpa

此时如果在/home.linux/tftpboot下写一个文件1.txt，就可以通过tftp将文件下载到板子里面,要将文件权限设置为最高chmod 777 1.txt

进入minicom下载1.txt进板子  tftp 0x30008000 1.txt

到目前我们已经在电脑上创建了tftp服务， u-boot也提供了tftp下载命令，这样我们就可以非常方便地从计算机上下载任何资源到开发板上了。事实上之后在开发阶段，我们都是通过tftp把linux内核下载到开发板的内存中，在引导linux启动的。

之所以这么做的目的是之后的驱动开发修改linux源码或者重新编译了Linux源码都需要重新把Linux烧写到nand-flash中去过于费时费力了。通常的做法是开发调试阶段就是通过tftp下载Linux内核，等一起调试停当，再固化到nand-flash中。

现在服务器上tftp服务目录中创建一个文件，然后再在开发板上用tftp命令现在这个文件，如： tftp 0x30008000 1.txt，将1.txt文件下载到开发板sdram地址为0x30008000处。之后使用md命令比对。

u-boot是一种引导程序，不要忘记我们最终的目的是要启动linux系统。既然u-boot可以使用tftp来下载任意文件，那么就可以使用tftp下载编译好的linux内核文件到mini2440中，并让mini2440引导linux系统。

1. 复制已经编译好的linux内核文件uImage到tftp根目录，如何编译出这个文件是之后我们要学习的重点；

2. 用tftp命令下载这个文件到开发板： tftp 0x30008000 uImage；

3. 下载完成后使用u-boot命令bootm 0x30008000启动linux操作系统；

如果之前整片擦除了nand-flash，在上一步启动linux系统以后就会发现系统启动到一半就停下来了。如果系统正常启动，并能够进入到终端的话，大概率是因为之前使用者配置了正确的根文件系统。

linux内核启动以后会自动去挂载根文件系统。那么什么是根文件系统？注意这里千万不要把根文件系统和fat,fat32,nfs……文件系统混为一谈。这里的根文件系统其实指的是一个文件夹，这个文件夹其实就是linux的系统根目录。

根文件系统是linux系统所不可或缺的，是linux内核启动以后要挂载的第一个文件系统。这个文件系统中包含有linux的各种命令，系统init进程等关键信息。

总结一下就是我们的工作已经进行到linux内核已经加载到内存中并且已经开始允许了，但是由于linux内核无法找到根文件系统，所以系统启动到一半就停了下来。很明显我们需要为linux系统提前准备好这个根文件系统，并通知linux系统去指定的地方去找到它。

首先第一个问题是这个根文件系统放哪？按照裸机， ubuntu的根文件系统是保存在硬盘上的，那么自然mini2440的根文件系统就应该在mini2440的硬盘nand-flash上。但是为了之后我们从电脑上向mini2440传递文件方便，在开发阶段我们一般都使用nfs，网络文件系统；

其次是这个这个根文件系统从何而来，总不能使用ubuntu拷贝一个吧？大小还在其次，关键是程序架构不同2440用不了。按照一般的方法，根文件系统的制作需要使用专门的工具软件busybox。其实就是创建一堆文件夹，并编译常用的命令进去。这里我们使用已经编译好的根文件系统rootfs111.tar。我们直接把这个压缩文件在nfs服务器文件夹中解压缩即可。

最后就是如何让mini2440知道我们的根文件系统是在nfs服务器上，并让linux自动去挂载呢？这个需要通过一个u-boot的环境变量来设置。

u-boot的bootargs环境变量是一个非常重要的环境变量，该环境变量并不是给u-boot自己用的，这个环境变量在bootm时传递给linux内核，使linux内核清楚应该去哪里找根文件系统一个设置nfs根文件系统的例子如下：

setenv bootargs ‘root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.100:/home/linux/nfs/rootfs ip=192.168.1.105 console=ttySAC0,115200 init=/linuxrc’

可以看出bootargs变量内部又是由若干键值对组成的，主要成员含义如下：

1. root=/dev/nfs 表示根文件系统是nfs即网络文件系统，如果使用nand-flash作为根文件系统载体，则root=/dev/mtdblockx

2. nfsroot=192.168.1.100:/home/linux/nfs/rootfs 表示网络文件系统挂载的具体位置

3. ip=192.168.1.105 linux启动以后的ip地址

4. console=ttySAC0,115200 linux系统启动以后控制台是串口0，波特率115200

5. init=/linuxrc linux系统启动后的第一个进程在根文件系统中的位置

以上我们学习了如何下载linux内核到开发板并引导系统去允许linux系统。这个过程如果每次都是手动操作的话过于繁琐，我们可以设置bootcmd环境变量来让系统自动执行这个过程

如果把上面的过程设置到bootcmd中去的话可以： setenv bootcmd ‘tftp 0x30008000 uImage;bootm 0x30008000’

可以看出bootcmd变量类似一个脚本，里面就放了两个命令，分别就是下载和启动命令。保存配置后重启开发板，启动后不要输入任何东西，系统在倒计时结束后自动运行bootcmd，如果已经进入u-boot命令行，可以用run bootcmd执行启动命令

之前的步骤中通过tftp下载了一个uImage文件，这个uImage文件就是linux内核程序。这个文件本身是通过编译linux内核源码得到的。三星公司同样为smdk2440定制了一套linux源码，友善之臂稍作修改后提供给我们，文件名：linux-2.6.32.2-mini2440-20150709.tgz

文件解压缩后如图，这些目录一起构成了linux源码，这些源码必须经过编译才能够在开发板上运行。同理要编译源码就要在编译前进行配置。

linux源码公板配置文件在arch/arm/configs下，理论上我们直接使用该目录下的s3c2410_defconfig文件就可以。但是由于mini2440在公板基础上做了一点修改，而修改后的配置文件就在linux源码顶层目录中，那些名为config_mini2440_xxx的文件都是。为什么有这么多？是因为mini2440适配的屏可能是lcd，还可能是vga，还不确定尺寸多大。所以搞出来一堆。这里最适合我们使用的是config_mini2440_td35

接下来问题是编译时怎么才能让makefile清楚我们要用config_mini2440_td35这个文件配置呢？其实虽然配置文件很多，但其实makefile只认一个配置文件： .config。我们可以用命令cp  config_mini2440_td35   .config来设置.config为我们需要的配置文件

这里的python文件中有一处条件判断的错误，需要修改，第373行注释掉就行了(具体影响没有测试过)。

.config文件中配置内容非常多，所有驱动的、环境的、功能的、架构的配置都在这里，看起来非常不方便。好在linux社区提供了一种图形化方式来提高配置的可视化： make menuconfig

make menuconfig之后我们还要多次使用，退出前保存一下，如果不保存，编译时会出现很多选项让我们去选。

之后就是make uImage，经过漫长的等待之后编译输出Image arch/arm/boot/uImage is ready就表示编译完成

编译之后主要生成三个文件Image、 zImage、 uImage，而那个uImage文件就是我们之前下载用的那个，可以将新编译好的uImage下载到开发板中，尝试一下能否正常启动

理论上这个uImage是不能使用的，系统会出现复位，解决uImage不能使用的方法是打开arch/arm/boot/Makefile文件，找到第64行将STARTADDR改为0x30008040，再次编译重新下载之后问题就能解决。

之后需要把新make的uImage移动到tftpboot中（通过这个文件夹把uImage给开发板传过去，然后在minicom中使用tftp下载这个新的ulmage）：

要解释这个问题出现的原因，我们要分析一下编译出的三个文件的区别。

Image：这个才是真正的镜像文件，大小约为4MB多一点

zImage：是Image压缩后的文件大小为2332580字节

uImage：也是Image压缩后的文件，不过它比zImage大了64字节，大小为2332644，多出的64字节是因为uImage中增加的一些文件信息，譬如linux版本，编译时间等等。很明显这些信息是不能够被执行的。问题在于之前编译好的内核我们下载到了0x30008000处，并且这个地址也是第一条指令的地址，称为入口地址。入口地址存放的不是arm指令，就造成了arm指令异常，产生复位。上面的修改将入口地址向后偏移了0x40-=64个字节，而这恰好就是正在的指令了，问题也就解决了。

到目前位置，一个linux操作系统已经在mini2440上运行起来了，结合交叉编译环境（arm-linux-gcc）和nfs等工具，我们可以在mini2440上编写任何我们在linux系统编程中学到的应用程序。

linux系统驱动程序分为三大类，字符设备驱动，块设备驱动和网络设备驱动。其中字符设备驱动是使用最多的一种，从点灯到IIC， SPI，音频设备等的驱动都是字符设备驱动。块设备和网络设备驱动要比字符设备驱动复杂，就是因为其复杂所以半导体厂商一般都给我们编写好了，大多数情况下都是直接可以使用的。所谓的块设备驱动就是存储器设备的驱动，比如 EMMC、NAND、 SD 卡和U 盘等存储设备，因为这些存储设备的特点是以存储块为基础，因此叫做块设备。网络设备驱动就更好理解了，就是网络驱动，不管是有线的还是无线的，都属于网络设备驱动的范畴。一个设备可以属于多种设备驱动类型，比如USB WIFI，由于其使用USB 接口，所以属于字符设备，但是其又能上网，所以也属于网络设备驱动。

接下来我们主要讨论如何编写字符设备驱动：

字符设备是 Linux 驱动中最基本的一类设备驱动，字符设备就是一个一个字节，按照字节流进行读写操作的设备，读写数据是分先后顺序的。比如我们最常见的点灯、按键、 IIC、 SPI、 LCD等等都是字符设备，这些设备的驱动就叫做字符设备驱动。

在详细的学习字符设备驱动架构之前，我们先来简单的了解一下 Linux 下的应用程序是如何调用驱动程序的（驱动程序中的close()应该改为write()，应用程序中的close对应驱动程序中的release）

linux系统中万物皆文件，驱动程序加载后会在/dev目录下生成一个对应的文件，如/dev/led。应用程序就是先用open打开该文件，用write控制led的亮灭，用read读取led的亮灭，用完之后用close关闭该文件。

这里需要注意的是，应用程序运行在用户空间，驱动程序运行在内核空间。应用程序必须使用一个叫做“系统调用”的方法来实现从用户空间“陷入”到内核空间，这样才能实现对底层驱动的操作。一个open函数执行的过程如下：

很明显地，驱动程序必须也得有个open函数才行，那么怎么写这个open函数？写在哪里？如何编译就是我们接下来要学习地内容。

字符设备驱动程序的编写：

linux源码中字符设备驱动程序存放在driver/char目录下，我们也可以将我们自己的驱动程序保存在该目录下。

在driver/char下创建源文件first_driver.c并在文件中填入如下代码

 linux驱动程序对代码有着特定的要求，首先就是驱动程序加载和卸载时的函数调用， 4行和11行分别就是当驱动程序加载和卸载时调用的函数。 17和18行分别用两个带参宏指出驱动程序初始化入口点和退出入口点。 19、 20表示该驱动程序遵守的协议和驱动程序的编写者。这样就完成了驱动程序最基础的框架。

程序写好了，如何编译呢？这里介绍两种方法：

第一种方法是告诉linux的Makefile我们添加了一个新的驱动程序，这种方法需要我们的驱动源码就放在driver/char目录中，恰好我们就是这么做的。步骤如下：

1. 打开 drivers/char/Kconfig 文件并添加如下内容：

Kconfig文件被称之为内核配置文件，这里我们添加了一个名为FIRST_DRIVER的配置选项，该配置选项为三态的，所谓三态是指将来的编译结果可以是模块，可以直接编译进内核还可以不编译。 default m是指默认编译成模块。最后那段是帮助文本。

之后我们运行make menuconfig,依次进入Device Driver->Character devices就可以看到My first driver了。选择该项按空格分别在编译成模块，编译进内核和不编译之间切换。我们选择’M’，编译成模块，以方便之后的调试，FIRST_DRIVER这里如图：第三张图的第一句就是这里要写的内容

2. 通过上一步，我们虽然可以在配置内核的时候进行选择，但实际上此时执行编译内核还是不能把first_dirver.c 编译进去的，还需要在 Makefile 中把内核配置选项和真正的源代码联系起来。

打开 drivers/char/Makefile并添加下面内容：

注意： CONFIG_之后的文字必须和Kconfig文件中配置选项名称一致，之后的文件名也必须和驱动源码文件名一致。

3. 之后在源码顶层目录下执行make modules就可以完成编译了，编译完成之后在driver/char目录下可以找到一个名为first_driver.ko文件，这个就是我们需要的驱动程序，将first_driver.ko通过nfs复制到开发板上，使用insmod xxx.ko命令加载驱动程序，使用lsmod查看已经加载的驱动，使用rmmod xxx卸载驱动程序，注意不用加.ko。