arm Linux系统移植步骤-s3c2410

本文详细介绍了一种基于Linux 2.6.19内核的小型操作系统移植到S3C2410微处理器的方法,包括交叉编译环境搭建、Bootloader配置、内核定制以及根文件系统制作。

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 ARM9S3C2410微处理器与Linux的结合越来越紧密,逐渐在嵌入式领域得到广范的应用。目前,在便携式消费类电子产品、无线设备、汽车、网络、存储产品等都可以看到S3C2410与Linux相结合的身影。

S3C2410微处理器是一款由Samsung公司为手持终端设计的低价格、低功耗、高性能,基于ARM920T核的微处理器。它带有内存管理单元 (MMU),采用0.18mm工艺和AMBA新型总线结构,主频可达203MHz。同时,它支持Thumb 16位压缩指令集,从而能以较小的存储空间获得32位的系统性能。

在众多嵌入式操作系统中,Linux目前发展最快、应用最为广泛[1]。性能优良、源码开放的Linux具有体积小、内核可裁减、网络功能完善、可移 植性强等诸多优点,非常适合作为嵌入式操作系统。一个最基本的Linux操作系统应该包括:引导程序、内核与根文件系统三部分。

与Linux2.4内核相比,2.6内核吸收了最新的技术,在性能、可测量性、器件支持和可用性方面有了大幅度提高;支持更多的体系结构、处理器、总线、接口和设备;标准化了内部接口;简化了扩展或添加新设备的步骤等。

本文着重介绍如何制作一个基于linux-2.6.19内核的小型Linux操作系统,并将它移植到S3C2410开放板上。内容包括4步骤:

1 交叉编译环境的建立,

2 引导程序、

3    2.6.19内核、

4   根文件系统的修改、配置、编译、移植等。

系统的制作移植

1 建立交叉编译环境

要移植、开发小型Linux系统,首先要在安装了RedHat9或更高版本Linux操作系统的主机上配置交叉开发环境。交叉开发是指在开发主机上安装开发工具,编辑、编译目标板的引导程序、内核和文件系统,使其能在目标板上运行。

针对本次开发,需要安装arm-linux-gcc-3.4.1以及armv4l-tools工具链。在安装完毕后,切记要将两者的路径分别添加到系统路径$PATH中。

引导程序

对于计算机系统来说,从开机上电到操作系统启动需要一个引导程序。嵌入式linux系统同样离不开引导程序,这个引导程序叫做 Bootloader[1]。通过这段小程序,可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射表,从而建立适当的系统硬件环境,为最终调用操作系统内核做好准 备。

vivi[4]是韩国MIZI公司为其ARM9系列产品而研发的Bootloader,小而灵巧,这里选用它作为小型Linux系统的Bootloader。

首先要修改vivi源代码中的Flash分区信息,新的分区信息如表1所示。

根据表1,在vivi源码arch/s3c2410/smdk.c文件中作出相应的修改。

然后在配置菜单中导入smdk2410的默认配置,编译成功将在vivi源代码目录下生成所需的Bootloader文件,文件名为vivi。

接着,便可把vivi下载到目标板Flash的相应位置。

内核

·修改内核

首先,修改内核源码linux-2.6.19下的Makefile文件,指定目标代码类型与编译器:SUBARCH :=arm;CROSS_COMPILE:=/usr/local/arm/3.4.1/bin/arm-linux-。

然后,在linux-2.6.19/arch/arm/mach-s3c2410/common-smdk.c中根据表1修改内核中的Flash分区 信息。这里提醒读者,2.6.16(含)以前内核的源码中没有Flash分区信息,所以需要增加新的分区信息;而在2.6.17(含)以后内核的源码中已 含Flash分区信息,需要的只是修改分区信息。

内核Flash分区信息必须与vivi的Flash分区信息相一致。因为,vivi的Flash分区中的地址是内核及文件系统下载到Nand flash的真正地址;而内核在启动时读的却是内核Flash分区设定的地址;所以,若两者不同,则很可能导致不能正常启动内核或读取文件系统。

最后,修改linux-2.6.19/drivers/mtd/nand/s3c2410.c,禁止Nand flash差错检测:chip->eccmode = NAND_ECC_NONE;。

·内核的配置编译

在配置菜单中导入内核对smdk2410的默认配置,再在此基础上选择所需的功能。如Nand Flash及MTD设备的支持,Cramfs文件系统的支持等。

配置完毕,在终端输入编译命令“make”进行编译。若内核源码编译成功,将在linux-2.6.19/arch/arm/boot/下生成内核映像文件zImage。

最后,在vivi命令提示模式下使用下载命令,将内核映像zImage加载到开发板Flash中的适当地址。

根文件系统

Linux系统中的文件和设备是通过文件系统来组织的。文件系统的存在使得数据和设备可以被有效而透明地存取访问。一个linux的最简根文件系统应该包括支持linux系统正常运行的基本内容,包括系统使用的软件和库,以及所有用来为用户提供基本支持的架构和指令。

在根文件目录rootfs下建立bin、dev、etc、lib、proc、sbin、root、tmp等一系列必备的目录,把所需的配置文件、动态 函数库放到相应的目录。采用BusyBox是缩小根文件系统的好办法。BusyBox以很小的体积集成了最常用的linux命令和应用程序,大大简化了制 作linux根文件系统的过程。

有一点必须指出的是,在2.6.12(含)之前的内核通常是用devfs来管理位于/dev下的所有块设备和字符设备;但在2.6.13(含)之后的 内核已不支持devfs,而转用udev来管理/dev下的设备,详见[5]。所以,针对2.6.19内核,要使系统启动后进入BusyBox控制台,还 需在/root   

fs/dev下添加控制台设备文件:“[root@localhost dev]# mknod -m 600 console c 5 1”。

目前,linux已经能够支持几十种文件系统格式,如常用的Cramfs、Jfss2、Yaffs等。Cramfs 是一种只读的闪存文件系统,可以保护系统的基本设置不被更改。根文件系统就使用Cramfs格式。

使用Cramfs制作工具mkcramfs把根文件目录制作成映像文件:rootfs.cramfs。

根文件系统制作完成,在vivi命令模式下把rootfs.cramfs下载到Flash的合适位置。

至此,一个基于2.6.19内核的小型Linux系统便成功地制作完毕,并移植到S3C2410开发板上了。

板子加电后便可看到系统的启动信息,最终进入BusyBox控制台。

结语

基于2.6内核的Linux凭借其突出的嵌入式特性与性能优越的ARM9 S3C2410相结合,在嵌入式领域有着广阔的应用天地。文章介绍了如何制作一个基于Linux2.6.19内核的小型Linux系统,并将其移植到 S3C2410开发板上。小型系统的制作与移植是进行嵌入式开发的基础,必须熟练掌握。

第一部分 前言....................................................................................................................................8 1 硬件环境......................................................................................................................................8 1.1主机硬件环境.......................................................................................................................8 1.2 目标板硬件环境...................................................................................................................8 1.3工具介绍...............................................................................................................................8 2软件环境.......................................................................................................................................8 2.1主机软件环境.......................................................................................................................8 2.1.1 Windows 操作系统.......................................................................................................8 2.1.2 Linux操作系统 .......................................................................................................8 2.1.3 目标板最后运行的环境...............................................................................................9 2.2 Linux下工作用户及环境....................................................................................................9 2.2.1 交叉工具的安装...........................................................................................................9 2.2.2 u­boot移植工作目录....................................................................................................9 2.2.3 内核及应用程序移植工作...........................................................................................9 2.3 配置系统服务.....................................................................................................................10 2.3.1 tftp服务器的配置.......................................................................................................10 2.4 工具使用.............................................................................................................................12 2.4.1 minicom的使用..........................................................................................................12 3 作者介绍....................................................................................................................................13 3.1 策划, 组织, 指导, 发布者...................................................................................................13 3.2 ADS bootloader部分..........................................................................................................13 3.3 交叉工具部分.....................................................................................................................13 3.4 uboot部分...........................................................................................................................13 3.5 内核部分.............................................................................................................................13 3.6 应用程序部分.....................................................................................................................13 3.7 网卡驱动部分.....................................................................................................................13 3.8 Nand Flash 驱动部分.........................................................................................................13 第二部分 系统启动bootloader的编写(ADS).................................................................................141 工具介绍....................................................................................................................................14 1.1 ADS 命令行命令介绍........................................................................................................14 1.1.1 armasm........................................................................................................................14 1.1.2 armcc, armcpp.............................................................................................................14 1.1.3 armlink.........................................................................................................................14 2 基本原理....................................................................................................................................15 2.1 可执行文件组成及内存映射.............................................................................................15 2.1.1 可执行文件的组成.....................................................................................................15 2.1.2 装载过程.....................................................................................................................162.1.3 启动过程的汇编部分.................................................................................................17 2.1.4 启动过程的C部分.....................................................................................................17 3 AXD的使用以及源代码说明...................................................................................................18 3.1 源代码说明.........................................................................................................................18 3.1.1 汇编源代码说明.........................................................................................................18 3.1.2 C语言源代码说明......................................................................................................23 3.1.3 源代码下载.................................................................................................................23 3.2 AXD的使用.......................................................................................................................23 3.2.1 配置仿真器.................................................................................................................23 3.2.2 启动AXD 配置开发板...............................................................................................23 第三部分 GNU交叉工具链.............................................................................................................25 1  设置环境变量,准备源码及相关补丁...................................................................................25 1.1 设置环境变量.....................................................................................................................25 1. 2 准备源码包............................................................................................................................25 1.2.1 binuils..........................................................................................................................25 1.2.2 gcc...............................................................................................................................25 1.2.3 glibc.............................................................................................................................25 1.2.4 linux kernel..................................................................................................................26 1.3 准备补丁.............................................................................................................................26 1.3.1 ioperm.c.diff................................................................................................................26 1.3.2 flow.c.diff....................................................................................................................26 1.3.3 t­linux.diff....................................................................................................................26 1.4   编译 GNU binutils...........................................................................................................26 1.5 准备内核头文件.................................................................................................................26 1.5.1 使用当前平台的gcc编译内核头文件......................................................................26 1.5.2 复制内核头文件.........................................................................................................27 1.6   译编glibc头文件.............................................................................................................27 1.7   编译gcc第一阶段............................................................................................................27 1.8   编译完整的glibc..............................................................................................................27 1.9  编译完整的gcc.................................................................................................................28 2 GNU交叉工具链的下载...........................................................................................................28 2.1 ARM官方网站...................................................................................................................28 2.2 本文档提供的下载.............................................................................................................28 3 GNU交叉工具链的介绍与使用...............................................................................................29 3.1 常用工具介绍.....................................................................................................................29 3.2.1 arm­linux­gcc的使用.................................................................................................29 3.2.2 arm­linux­ar 和 arm­linux­ranlib的使用..................................................................30 3.2.3 arm­linux­objdump的使用.........................................................................................30 3.2.4 arm­linux­readelf的使用............................................................................................31 3.2.6 arm­linux­copydump的使用......................................................................................32 4 ARM GNU常用汇编语言介绍.................................................................................................32 4.1 ARM GNU常用汇编伪指令介绍.....................................................................................32 4.2 ARM GNU专有符号.........................................................................................................33 4.3 操作码.................................................................................................................................33 5 可执行生成说明........................................................................................................................33 5.1 lds文件说明.......................................................................................................................33 5.1.1 主要符号说明.............................................................................................................33 5.1.2 段定义说明.................................................................................................................34 第四部分 u­boot的移植...................................................................................................................35 1 u­boot的介绍及系统结构.........................................................................................................35 1.1 u­boot介绍.........................................................................................................................35 1.2 获取u­boot.........................................................................................................................35 1.3 u­boot体系结构.................................................................................................................35 1.3.1 u­boot目录结构..........................................................................................................35 2 uboot的启动过程及工作原理...................................................................................................36 2.1 启动模式介绍.....................................................................................................................36 2.2 阶段1介绍.........................................................................................................................36 2.2.1 定义入口.....................................................................................................................36 2.2.2 设置异常向量.............................................................................................................37 2.2.3 设置CPU的模式为SVC模式..................................................................................37 2.2.4 关闭看门狗.................................................................................................................37 2.2.5 禁掉所有中断.............................................................................................................37 2.2.6 设置以CPU的频率....................................................................................................37 2.2.7 设置CP15...................................................................................................................37 2.2.8 配置内存区控制寄存器.............................................................................................38 2.2.9 安装U­BOOT使的栈空间........................................................................................38 2.2.10 BSS段清0................................................................................................................38 2.2.11 搬移Nand Flash代码...............................................................................................39 2.2.12 进入C代码部分.......................................................................................................39 2.3 阶段2的C语言代码部分 .............................................................................................39 2.3.1调用一系列的初始化函数.........................................................................................39 2.3.2 初始化网络设备.........................................................................................................41 2.3.3 进入主UBOOT命令行..............................................................................................41 2.4 代码搬运.............................................................................................................................41 3 uboot的移植过程.......................................................................................................................42 3.1 环境.....................................................................................................................................42 3.2 步骤.....................................................................................................................................42 3.2.1 修改Makefile..............................................................................................................42 3.2.2 在board子目录中建立crane2410.............................................................................42 3.2.3 在include/configs/中建立配置头文件......................................................................423.2.4 指定交叉编译工具的路径.........................................................................................42 3.2.5 测试编译能否成功.....................................................................................................42 3.2.6 修改lowlevel_init.S 文件...........................................................................................43 3.2.9 UBOOT的Nand Flash移植......................................................................................45 3.2.8重新编译u­boot..........................................................................................................45 3.2.9 把u­boot烧入flash....................................................................................................45 4  U­BOOT命令的使用................................................................................................................46 4.1 U­BOOT命令的介绍.........................................................................................................46 4.1.1 获得帮助信息.............................................................................................................46 4.2 常用命令使用说明.............................................................................................................47 4.2.1 askenv(F).....................................................................................................................47 4.2.2 autoscr.........................................................................................................................47 4.2.3 base   ...........................................................................................................................47 4.2.4 bdinfo...........................................................................................................................47 4.2.5 bootp............................................................................................................................47 4.2.8 tftp(tftpboot)................................................................................................................48 4.2.9 bootm...........................................................................................................................48 4.2.10 go...............................................................................................................................48 4.2.11 cmp   .........................................................................................................................48 4.2.12 coninfo  .....................................................................................................................48 4.2.13 cp...............................................................................................................................48 4.2.14 date............................................................................................................................49 4.2.15 erase(F)......................................................................................................................49 4.2.16 flinfo(F).....................................................................................................................49 4.2.17 iminfo........................................................................................................................49 4.2.18 loadb..........................................................................................................................49 4.2.19 md..............................................................................................................................49 4.2.20 mm ............................................................................................................................50 4.2.21 mtest   .......................................................................................................................50 4.2.22 mw.............................................................................................................................50 4.2.23 nm   ...........................................................................................................................50 4.2.24 printenv......................................................................................................................50 4.2.25 ping  ..........................................................................................................................51 4.2.26 reset...........................................................................................................................51 4.2.27 run   ...........................................................................................................................51 4.2.28 saveenv(F).................................................................................................................51 4.2.29 setenv.........................................................................................................................51 4.2.30 sleep...........................................................................................................................51 4.2.31 version.......................................................................................................................51 4.2.32 nand info....................................................................................................................51 4.2.33 nand device ........................................................................................................51 4.2.34 nand bad....................................................................................................................51 4.2.35 nand read...................................................................................................................52 4.2.36 nand erease................................................................................................................52 4.2.37 nand write..................................................................................................................52 4.3 命令简写说明.....................................................................................................................52 4.4 把文件写入NandFlash.......................................................................................................53 4.5 下载提供.............................................................................................................................53 5 参考资料....................................................................................................................................53 第五部分 linux 2.6内核的移植.......................................................................................................53 1 内核移植过程............................................................................................................................53 1.1 下载linux内核...................................................................................................................53 1.2 修改Makefile.....................................................................................................................53 1.3 设置flash分区...................................................................................................................54 1.3.1指明分区信息.............................................................................................................54 1.3.2 指定启动时初始化.....................................................................................................56 1.3.3 禁止Flash ECC校验 ................................................................................................56 1.4 配置内核.............................................................................................................................56 1.4.1 支持启动时挂载devfs................................................................................................56 1.4.2配置内核产生.config文件.........................................................................................57 1.4.3编译内核.....................................................................................................................58 1.4.4 下载zImage到开发板................................................................................................58 2 创建uImage................................................................................................................................61 2.1 相关技术背景介绍.............................................................................................................61 2.2 在内核中创建uImage的方法...........................................................................................61 2.2.1 获取mkimage工具.....................................................................................................61 2.2.2 修改内核的Makefile文件.........................................................................................61 3追加实验记录.............................................................................................................................62 3.1移植linux­2.6.15.7..............................................................................................................62 3.2移植linux­2.6.16.21............................................................................................................62 3.3 移植linux­2.6.17................................................................................................................62 4 参考资料....................................................................................................................................62 第六部分 应用程序的移植..............................................................................................................63 1构造目标板的根目录及文件系统.............................................................................................63 1.1 建立一个目标板的空根目录.............................................................................................63 1.2 在my_rootfs中建立Linux目录树...................................................................................63 1.3 创建linuxrc文件................................................................................................................63移植Busybox.............................................................................................................................64 2.1 下载busybox......................................................................................................................64 2.3 编译并安装Busybox..........................................................................................................65 3 移植TinyLogin...........................................................................................................................66 3.1 下载.....................................................................................................................................66 3.2 修改tinyLogin的Makefile................................................................................................66 3.3 编译并安装.........................................................................................................................66 4 相关配置文件的创建................................................................................................................66 4.1 创建帐号及密码文件.........................................................................................................66 4.2 创建profile文件................................................................................................................67 4.4 创建fstab文件...................................................................................................................67 4.5 创建inetd.conf配置文件...................................................................................................67 5 移植inetd....................................................................................................................................67 5.1 inetd的选择及获取............................................................................................................67 5.1.1 获取inetd....................................................................................................................67 5.2 编译inetd............................................................................................................................67 5.2.1 修改configure文件....................................................................................................67 5.2.2 编译 ...........................................................................................................................68 5.3 配置inetd............................................................................................................................68 5.3.1 拷贝inetd到根文件系统的usr/sbin目录中.............................................................68 6 移植thttpd Web服务器.............................................................................................................69 6.1 下载.....................................................................................................................................69 6.2 编译thttpd...........................................................................................................................69 6.3 配置.....................................................................................................................................69 6.3.1 拷贝thttpd二进制可执行文件到根文件系统/usr/sbin/目录中...............................69 6.3.2 修改thttpd配置文件..................................................................................................69 6.3.3 转移到根文件系统目录,创建相应的文件.............................................................69 7 建立根目录文件系统包............................................................................................................70 7.1 建立CRAMFS包...............................................................................................................70 7.1.1 下载cramfs工具........................................................................................................70 7.1.2 制作cramfs包............................................................................................................70 7.1.3 写cramfs包到Nand Flash.........................................................................................70 8 参考资料....................................................................................................................................70 第七部分 Nand flash驱动的编写与移植........................................................................................71 1 Nand flash工作原理..................................................................................................................71 1.1 Nand flash芯片工作原理..................................................................................................71 1.1.1 芯片内部存储布局及存储操作特点.........................................................................71 1.1.2 重要芯片引脚功能.....................................................................................................71 1.1.3 寻址方式.....................................................................................................................71 1.1.4 Nand flash主要内设命令详细介绍...........................................................................72 1.2 Nand Flash 控制器工作原理.............................................................................................72 1.2.1 Nand Flash控制器特性..............................................................................................72 1.2.2 Nand Flash控制器工作原理......................................................................................72 1.3 Nand flash 控制器中特殊功能寄存器详细介绍 ............................................................72 1.4 Nand Flash 控制器中的硬件ECC介绍............................................................................73 1.4.1 ECC产生方法............................................................................................................73 1.4.2 ECC生成器工作过程................................................................................................74 1.4.3 ECC的运用................................................................................................................74 2 在ADS下flash烧写程序.........................................................................................................74 2.1 ADS下flash烧写程序原理及结构...................................................................................74 2.2 第三层实现说明.................................................................................................................74 2.1.1 特殊功能寄存器定义.................................................................................................74 2.1.2 操作的函数实现.........................................................................................................74 2.3 第二层实现说明.................................................................................................................75 2.3.1 Nand Flash 初始化......................................................................................................75 2.3.3 获取Nand flash ID......................................................................................................75 2.3.4 Nand flash写入...........................................................................................................76 2.3.5 Nand flash读取...........................................................................................................77 2.3.6 Nand flash标记坏块...................................................................................................78 2.3.7 Nand Flash检查坏块..................................................................................................79 2.3.8 擦除指定块中数据.....................................................................................................79 2.4  第一层的实现....................................................................................................................80 3 在U­BOOT对Nand Flash的支持............................................................................................82 3.1 U­BOOT对从Nand Flash启动的支持.............................................................................82 3.1.1 从Nand Flash启动U­BOOT的基本原理................................................................82 3.1.2 支持Nand Flash启动代码说明.................................................................................82 3.2 U­BOOT对Nand Flash命令的支持.................................................................................84 3.2.1 主要数据结构介绍.....................................................................................................84 3.2.2 支持的命令函数说明.................................................................................................85 4 在Linux对Nand Flash的支持.................................................................................................87 4.1 Linux下Nand Flash调用关系..........................................................................................87 4.1.1 Nand Flash设备添加时数据结构包含关系..............................................................87 4.1.2 Nand Flash设备注册时数据结构包含关系..............................................................87 4.2 Linux下Nand Flash驱动主要数据结构说明..................................................................88 4.2.1 s3c2410专有数据结构...............................................................................................88 4.2.2 Linux 通用数据结构说明..........................................................................................89 4.3.1 注册driver_register....................................................................................................94 4.3.2 探测设备probe...........................................................................................................94 4.3.3 初始化Nand Flash控制器.........................................................................................94 4.3.4 移除设备.....................................................................................................................94 4.3.5 Nand Flash芯片初始化..............................................................................................94 4.3.6  读Nand  Flash............................................................................................................95 4.3.7  写Nand Flash.............................................................................................................95 第八部分 Cs8900a网卡驱动的编写与移植...................................................................................95 1 Cs8900a工作原理......................................................................................................................95 2 在ADS下cs8900a的实现........................................................................................................95 2.1 在cs8900a下实现的ping 工具.........................................................................................95 3 在u­boot下cs8900a的支持......................................................................................................96 3.1 u­boot下cs8900a的驱动介绍...........................................................................................96 3.2 u­boot下cs8900a的移植说明...........................................................................................96 4 在linux下cs8900a驱动的编写与移植....................................................................................96 4.1 Linux下cs8900a的驱动说明............................................................................................96 4.2 Linux 下cs8900a的移植说明...........................................................................................96 4.2.1 为cs8900a建立编译菜单..........................................................................................96 4.2.2 修改S3C2410相关信息............................................................................................97
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