第九章 嵌入式Linux操作系统移植

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,最新,的,Linux,内核版本可以从官方站点,http:/www.kernel.org,获取。,因为嵌入式,Linux,系统在开发过程中需要对,Linux,内核进行重新定制，所以熟悉内核配置、编译和移植是非常重要的。,1.Linux,内核的版本,Linux,内核的版本号分为主版本号、次版本号和扩展版本号等。根据稳定版本、测试版本和开发版本定义不同版本序列。,9.1,嵌入式,Linux,基本概念,2.Linux,系统的分类,（,1,）以功能差异和发行组织分类,标准,linux,。,Clinux,。无,MMU,支持的,linux,系统，运行在无,MMU,的,CPU,上。,Linux-RT,。是最早在,linux,上实现硬实时支持的,linux,发行版本。,Linux/RTAI,。,Embedix,。由,Lineo,公司开发，基于,PowerPC,和,x86,平台开发的。,Red Hat Linux,。,红旗,Linux,等。,（,2,）以应用的嵌入式平台分类,在嵌入式,Linux,系统开发过程中，内核移植是将系统适合于自己特定的硬件平台系统的重要步骤，只有引导内核完毕，才能运行用户应用程序。,9.1,嵌入式,Linux,基本概念,3. Linux,内核组成：内存管理、进程调度、虚拟文件系统、网络接口、进程间通信,.,Linux,内核由进程管理、内存管理、虚拟文件系统、网络接口和进程间通信五大子系统组成，各个子系统之间的依赖关系如下图所示。,9.1,嵌入式,Linux,基本概念,内存管理,虚拟文件系统,进程调度,网络接口,进程间通信,9.1,嵌入式,Linux,基本概念,Linux,系统结构层次,可以发现,Linux,内核中各个系统之间有如下关系：,（,1,）进程调度处于中间。,（,2,）进程调度与内存管理的依赖关系,（,3,）进程间通信依赖于内存管理。,（,4,）虚拟文件系统与网络接口之间的关系。,（,5,）内存管理与虚拟文件系统之间的关系。,9.1,嵌入式,Linux,基本概念,Linux,内核源码非常庞大，采用,C,语言和少量汇编实现，并且随着版本的发展不断增加。源码的工程管理采用目录树结构，并使用,Makefile,组织配置编译。,获得新的,Linux2.6,内核源码之后，一般首先仔细阅读顶层目录的,README,文件，了解对内核的概述和编译命令说明。,顶层目录中另一个比较重要的文件是,Makefile,，它是整个内核配置编译的核心文件，负责组织目录树中的子目录的配置编译管理，还决定了体系结构和内核版本号等。,9.2 Linux,内核源码结构,Linux,内核源码非常庞大，采用,C,语言和少量汇编实现，并且随着版本的发展不断增加。源码的工程管理采用目录树结构，并使用,Makefile,组织配置编译。,获得新的,Linux2.6,内核源码之后，一般首先仔细阅读顶层目录的,README,文件，了解对内核的概述和编译命令说明。,顶层目录中另一个比较重要的文件是,Makefile,，它是整个内核配置编译的核心文件，负责组织目录树中的子目录的配置编译管理，还决定了体系结构和内核版本号等。,9.2 Linux,内核源码结构,9.2 Linux,内核源码结构,1,Linux,内核源代码目录结构,arch,包含和硬件体系结构相关的代码，每种平台占一个相应,的目录。如,arm,、,avr32,、,blackfin,、,mips,等。,block,块设备驱动程序的,IO,调度。,crypto,常用的加密和离散算法，还有一些压缩和,CRC,校验算法,9.2 Linux,内核源码结构,Documentation,内核的说明文档。,drivers,设备驱动程序，其下细分为不同种类的设备。如,block,、,char,、,mtd,、,net,、,usb,、,video,等等。,fs,内核支持的文件系统的实现，如,ext2,、,ext3,、,cramfs,、,jffs2,、,nfs,等,。,Linux,内核源代码目录结构,9.2 Linux,内核源码结构,Linux,内核源代码目录结构,include,头文件。与系统相关的头文件放在,include/linux,下，,与,ARM,体系结构相关的头文件放在,include/asm-arm,下。,init,内核初始化代码。,ipc,进程间通信代码。,9.2 Linux,内核源码结构,Linux,内核源代码目录结构,kernel,内核的核心代码，包括进程调度、定时器等。和,arm,平,台相关的核心代码在,arch/arm/kernel,目录下。,lib,库文件代码,mm,内存管理代码，和,arm,平台相关的内核管理代码在,arch/arm/mm,目录下。,9.2 Linux,内核源码结构,Linux,内核源代码目录结构,net,网络相关的代码，实现了各种常见的网络协议。,scripts,包含用于配置内核的各种脚本文件。只在配置时是有意义的。,sound,音频设备驱动的通用代码和硬件驱动代码都在这个文件件下面。,Linux,内核有两种映像,:,非压缩内核,Image,压缩内核,zImage,嵌入式系统存储容量有限，因此通常选择压缩内核,zImage.,要使用压缩内核,zImage,，需要在映像开头加入解压缩代码，将,zImage,解压后，才可以执行。,9.2 Linux,内核源码结构,2,Linux,内核启动方案,内核编译完成后，会在,arch/arm/boot,目录下生成,zImage,文件。,zImage,文件的组成：,pggy.o:,压缩后的内核文件,head.o:,系统初级初始化代码文件,misc.o:,解压缩代码文件,9.2 Linux,内核源码结构,3,zImage,的构成,对于,ARM,处理器来讲，,Linux,内核,zImage,第一段代码入口位于,arch/arm/boot/compressed/head.S,文件中。,它依次完成如下功能：,初始化,Cache,、,Mmu,等设置,跳转到,C,语言内核解压函数中,bl decompress_kernel,跳转到非压缩内核启动汇编段,b call_kernel,9.2 Linux,内核源码结构,汇编部分,9.3.1,内核修改,1.,解压内核源码,使用如下命令进行加压：,tar,jxvf,linux-2.6.32.4.tar.bz2,2.,修改,Makefile,整个,Linux,内核工程是以,Makefile,为核心完成编译和连接的。,进入内核源码目录，使用编辑工具打开一级目录下的,Makefile,文件，找到相关变量进行修改：,ARCH?= arm,CROSS_COMPILE?= arm-,linux,-,9.3,内核移植的一般步骤,3.,修改目标板输入时钟,使用编辑工具打开内核源码目录中,arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c,文件，找到函数,mini2440_map_io(void),的实现代码，如下：,s3c24xx_init_clocks(12000000);,4,修改,MTD,分区,Linux,下的,MTD,驱动程序接口被划分为两类模块：用户模块和硬件模块。,内核,MTD,分区必须与,Bootloader,分区相一致。,最后去掉,ECC,校验：将,driver/mtd/nand/s3c2410.c,文件中的“,NAND_ECC_SOFT,”,语句将其改为“,NAND_ECC_NONE;”,。,9.3,内核移植的一般步骤,9.3,内核移植的一般步骤,5.,配置,yaffs2,文件系统的补丁,YAFFS,意义为,yet another flash file system,，也是一个开源的文件系统。,YAFFS,文件系统则是专门针对,NAND flash,的，源代码可以到,http:/www.aleph1.co.uk/yaffs/index.html,上下载。,使用如下命令解压补丁包：,tar -zxvf root.tar.gz,进入补丁所在目录，使用如下命令打补丁：,./patch-ker.sh c ,其中,为,linux,内核源码所在目录。,上面命令执行过程中相当于完成以下三项操作：,(1),修改内核,fs/Kconfig,：,增加了一行,:source fs/yaffs2/Kconfig,(2),修改内核,fs/Kconfig,增加一行,:ojb-$(CONFIG_YAFFS_FS) +=yaffs2/,(3),在内核,fs/,目录下创建,yaffs2,目录,9.3.2,内核配置,Linux,内核版本不断更新，新的内核修订了旧内核的,bug,，并增加了许多新的特性。,为了正确、合理、有选择地使用内核提供的模块，设置内核编译配置选项，一般主要有下面几个考虑。,.,节省存储空间。,.,节省运行空间。,.,减少漏洞。,针对于一个新的目标系统按照上一节进行了内核的修改之后，就可以对内核进行进一步的配置工作。,9.3,内核移植的一般步骤,1.,内核配置工具,配置工具主要包含,Makefile,、,Kconfig,和配置界面生成工具，这些项目可以由,Kbuild,系统调用，生成配置界面。配置界面是通过工具来生成的，工具通过,Makefile,编译执行，选项则是通过各级目录的,Kconfig,文件定义。,Linux 2.6,内核中,Makefile,分类：,Kernel Makefile,顶层目录下的,Makefile,文件,.config,内核配置文件,arch/$(ARCH)/Makefile,对应不同平台体系结构的,Makefile,scripts/Makefile.*,所有,kbuild Makefiles,的通用规则等定义,kbuild Makefiles,内核编译各级目录下的,Makefile,文件,9.3,内核移植的一般步骤,Kbuild,大体上按照下列步骤执行编译过程。,内核配置，生成,.config,文件。,保存内核版本信息到,include/linux/version.h,。,创建链接符号,include/asm,，链接,include/asm-$(ARCH),源目录。,升级所有依赖的前提文件，在,arch/$(ARCH)/Makefile,中指定附加依赖条件。,递归地遍历各级子目录并且编译所有的目标。,init-*,、,core*,、,drivers-*,、,net-*,、,libs-*,的目录变量值在,arch/$(ARCH)/Makefile,文件中有些扩展。,链接所有的目标文件，生成顶层目录的,vmlinux,。链接的第一个目标文件在,head-y,列表中，是在,arch/$(ARCH)/Makefile,中定义的。,最后，体系结构相关的部分作必须的后期处理，编译生成最终的引导映像。这可以包括编译引导记录；准备,initrd,映像等类似工作。,9.3,内核移植的一般步骤,（,1,）配置入口,在顶层的,Makefile,中，可以查找到如下几行定义的规则。,config %config: scripts_basic outputmakefile FORCE,$(Q)mkdir -p include/linux,$(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig $,（,2,）,Kconfig,下面解释一下,Kconfig,的特点和语法。,菜单项,菜单属性,菜单依赖关系,菜单组织结构,Kconfig,语法,9.3,内核移植的一般步骤,（,3,）内核编译方式,Kbuild,系统使用,Kbuild Makefile,来编译内核或模块。,Kbuild Makefile,的文件名不一定是,Makefile,，尽管推荐使用,Makefile,这个名字。,Kbuild Makefile,的一个最主要功能就是指定编译什么，这个功能是通过两个对象指定的,obj-?,和,xxx-objs,。,obj-?,语法：,obj-? = $(target).o,xxx-objs,指定了编译对象需要的文件，一般只有在源文件是多个时才需要它。,9.3,内核移植的一般步骤,（,4,）配置选项,在进行配置之前，在内核目录下执行下列操作，生成平台默认配置文件,.config,：,make s3c2410_defconfig,执行完后会出现：,# configuration written to .config,。,常规设置选项,General setup,引导模块支持,Loadable module support,块设备,Enable the Block layer,处理器类型及特性,Processor type and features,电源管理选项,Power management options (ACPI, APM),总线选项,Bus options,用户可执行文件格式,Executable file formats,驱动程序配置选项,Driver Drivers,9.3,内核移植的一般步骤,9.3.3,内核编译,编译的步骤就是执行一些相对固定的命令目标序列。,Kbuild,还提供了许多可选的配置编译目标和规则。可以使用,make help,命令把所有的配置编译目标和说明信息打印到屏幕。,其中常用的配置编译目标有（其执行格式为：,make ,）：,（,1,）清理目标（,Clean targets,）：,（,2,）内核配置的目标（,Configuration targets,）,（,3,）其他通用目标（,Other generic targets,）,（,4,）静态解析器目标（,Static analysers,）,（,5,）内核打包目标（,Kernel packaging,）,（,6,）文档目标（,Documentation targets,）,（,7,）,ARM,体系结构相关的目标（,Architecture specific targets (arm),）,（,8,）缺省目标,9.3,内核移植的一般步骤,内核编译产生了哪些目标，连接形成了哪些映像，这些映像是如何组成的，又处于,Linux,内核启动运行的哪个阶段,1.vmlinux,映像：了解这个映像（,vmlinux image,）的构成。,2.zImage,映像：嵌入式,Linux,系统的引导方式有两种，一种是上文所说的非压缩方式；另外一种是压缩方式。,zImage,产生的过程。,Linux,内核是一个很复杂的代码块，有许许多多的全局符号。它不使用符号名，而是通过变量或函数的地址来识别变量或函数名。,内核主要是用,C,写的，编译成目标代码或者映像就可以直接使用地址了。,9.3,内核移植的一般步骤,9.3.4,建立,Linux,根文件系统,1.,文件系统介绍,2.Linux,文件系统：包括以下几项内容：,基本的文件系统结构，包含一些必需的目录比如：,/,dev,，,/,proc,，,/bin,，,/,etc,，,/lib,，,/,usr,，,/,tmp,等。,基本程序运行所需的库函数，如,Glibc,/,uC-libc,。,基本的系统配置文件，比如,rc,，,inittab,等脚本文件。,必要的设备文件支持：,/,dev,/,hd,*,，,/,dev,/,tty,*,，,/,dev,/fd0,。,基本的应用程序，如,sh,，,ls,，,cp,，,mv,等。,9.3,内核移植的一般步骤,3.,根文件系统的结构,（,1,）,/dev,设备文件。,（,2,）,/root root,用户主目录。,（,3,）,/usr,。,（,4,）,/var,。,（,5,）,/home,。,（,6,）,/proc,。,（,7,）,/bin,。,（,8,）,/sbin,。,（,9,）,/etc,。,（,10,）,/boot,。,（,11,）,/lib,。,（,12,）,/mnt,。,（,13,）,/tmp,。,（,14,）,/initrd,9.3,内核移植的一般步骤,4.,制作根文件系统,（,1,）建立目录结构,（,2,）编译,busybox,（,3,）创建设备节点,（,4,）建立配置文件,（,5,）添加共享链接库,（,6,）制作映像,9.3,内核移植的一般步骤,9.3.5,下载目标文件,首先要通过目标板的,JTAG,接口将,Bootloader,映像下载到它的分区中 运行有,Bootloader,的目标板一般都具有下载操作系统内核和根文件系统的能力。,下载的命令为,Load,，说明如下：,vivi load help,Usage:,load | ,9.3,内核移植的一般步骤,