天津科技大學嵌入式系統(tǒng)ppt-第7章 嵌入式Linux軟件設計資料

第7章

嵌入式Linux軟件設計主要內容1324Bootloader引導程序Linux的移植驅動程序開發(fā)應用程序開發(fā)

7.1.1Bootloader的啟動過程

在嵌入式操作系統(tǒng)中，BootLoader是在操作系統(tǒng)內核運行之前運行?？梢猿跏蓟布O備、建立內存空間映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適狀態(tài)，以便為最終調用操作系統(tǒng)內核準備好正確的環(huán)境。在嵌入式系統(tǒng)中，通常并沒有像BIOS那樣的固件程序（注，有的嵌入式CPU也會內嵌一段短小的啟動程序），因此整個系統(tǒng)的加載啟動任務就完全由BootLoader來完成。嵌入式系統(tǒng)中，系統(tǒng)在上電或復位時通常都從地址0x00000000處開始執(zhí)行，而在這個地址處安排的通常就是系統(tǒng)的BootLoader程序。bootloader的操作模式:1，自啟動模式：bootloader從目標機上的某個固態(tài)存儲設備上將操作系統(tǒng)加載到RAM中運行。2，交互模式：目標機上的bootloader將通過串口或網絡等通行手段從開發(fā)主機（Host）上下載內核映像等到RAM中?？梢员籦ootloader寫到目標機上的固態(tài)存儲媒質中，或者直接進入系統(tǒng)的引導。也可以通過串口接收用戶的命令。

7.1.1Bootloader的啟動過程BootLoader的實現依賴于CPU的體系結構，因此大多數BootLoader都分為stage1和stage2兩大部分。BootLoader的stage1通常包括以下步驟：硬件設備初始化。為加載BootLoader的stage2準備RAM空間。復制BootLoader的stage2到RAM空間中。設置好堆棧。跳轉到stage2的入口點。

BootLoader的stage2通常包括以下步驟：初始化本階段要使用的硬件設備。檢測系統(tǒng)內存映射。將kernel映像和根文件系統(tǒng)映像從Flash讀到RAM中。為內核設置啟動參數。調用內核。

7.1.2BootLoader——vivivivi是由韓國MIZI公司提供的一款針對S3C2410芯片的BootLoader。vivi的啟動過程分為兩個階段：階段1和階段2。階段1的主要工作是：硬件初始化；配置串口；復制自身到SDRAM中(跳轉到C代碼的入口函數)。階段2的主要工作是：對硬件系統(tǒng)繼續(xù)初始化；內存映射初始化，內存管理單元MMU初始化；初始化堆；初始化MTD設備，MTD設備指具有閃存功能的設備，如閃存芯片、閃存卡等；初始化私有數據；初始化內置命令；啟動vivi。

7.1.3BootLoader——U-Boot

U-Boot，全稱UniversalBootLoader，是開源項目。其源碼目錄、編譯形式與Linux內核很相似，事實上，不少U-Boot源碼就是相應的Linux內核源程序的簡化，尤其是一些設備的驅動程序。U-Boot不僅僅支持嵌入式Linux系統(tǒng)的引導，它還支持VxWorks,QNX,Solaris等嵌入式操作系統(tǒng)。這是U-Boot中Universal的一層含義，另外一層含義則是U-Boot除了支持PowerPC系列的處理器外，還能支持MIPS、x86、ARM、NIOS、XScale等諸多常用系列的處理器。這兩個特點正是U-Boot項目的開發(fā)目標，即支持盡可能多的嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng)。就目前來看，U-Boot對PowerPC系列處理器支持最為豐富，對Linux的支持最完善。主要內容1324Bootloader引導程序Linux的移植驅動程序開發(fā)應用程序開發(fā)

7.2Linux的移植所謂Linux移植，就是針對具體的目標平臺對Linux做必要的改寫后，安裝到該目標平臺并使其正確運行的過程?；緝热莅ǎ韩@取某一版本的Linux內核源碼。根據具體的目標平臺，對源碼進行必要的改寫（主要是修改有關體系結構的部分），然后添加一些驅動，打造一款適合目標平臺的新的操作系統(tǒng)。對該系統(tǒng)進行針對目標平臺的交叉編譯，生成一個內核映像文件。將該映像文件燒寫、安裝到目標平臺中。

7.2.1Linux內核的目錄結構1．/arch：其中的子目錄包含了所有與硬件體系結構相關的內核移植代碼。每一個目錄都代表一種硬件平臺，對于每種平臺都應該包括：boot:包含啟動內核所使用的部分或全部平臺的相關代碼。kernel:包含支持體系結構特有的特征代碼。lib：包含存放體系結構特有的通用函數的實現代碼。mm:包含存放體系結構特有的內存管理程序的實現。mach-xxx:包含存放該處理器的移植代碼。2．/Documentation：其中的子目錄包含有關內核的許多非常詳細的文檔。3．/drivers：其中的子目錄包含內核中所有的設備驅動程序。4．/fs：其中的子目錄包含了所有文件系統(tǒng)的代碼。5．/include：其中的子目錄包含了建立內核代碼時所需的大部分庫文件的頭文件，該模塊利用其他模塊重建內核。同時，包括不同平臺需要的庫文件。6．/init：其中的子目錄包含了內核的初始化代碼，內核從此目錄下開始工作。7．/ipc：其中的子目錄包含了內核的進程間通訊的代碼。8．/kernel：其中的子目錄包含了主內核的代碼，如進程調度等。9．/lib：其中的子目錄包含了通用的庫函數代碼等。10．/mm：其中的子目錄包含了內核的內存管理代碼。11．/net：其中的子目錄包含了內核的網絡相關代碼。12．/scripts：其中的子目錄包含了配置內核的一些腳本文件。

7.2.2Linux內核源碼通常對內核源碼的改寫難度較大，因為這不僅要求對內核結構非常熟悉，而且也要對目標平臺的硬件結構相當了解。所以這部分工作主要由目標平臺廠商提供，如對于ARM平臺，對Linux內核源碼的改寫就是由英國ARM公司完成的。對于讀者來說，只需從其網站上下載相關版本的Linux內核補丁，再安裝補丁即可。

7.2.3交叉編譯環(huán)境的建立交叉編譯指利用運行在機器上的編譯器編譯某個源程序，生成在另一臺機器上運行的目標代碼的過程。對于Linux系統(tǒng)和ARM平臺來講，GCC交叉編譯器能高效的完成移植，下面介紹生成GCC交叉編譯器的一般過程。（1）下載源代碼（2）編譯binutils（3）配置Linux內核頭文件（4）第一次編譯gcc（5）交叉編譯glibc（6）第二次編譯gcc

7.2.4修改Linux內核文件1．設置目標平臺和指定交叉編譯器2．修改arch/arm目錄下Makefile文件3．修改arch/arm目錄下config.in文件4．修改arch/arm/boot目錄下Makefile文件5．修改arch/arm/boot/compressed目錄下Makefile文件6．在arch/arm/boot/compressed目錄下添加head-s3c2410.s文件，該文件主要用來初始化處理器。7．在arch/arm/def-configs目錄下添加配置好的S3C2410的配置文件。8．修改arch/arm/kernel目錄下Makefile文件9．修改arch/arm/kernel目錄下的debug-armv.s文件10．修改arch/arm/kernel目錄下的entry-armv.s文件11．修改arch/arm/mm目錄下的相關文件12．修改arch/arm/mach-s3c2410目錄下的相關文件

7.2.5Linux內核及文件系統(tǒng)的編譯1．編譯Linux內核makedepmakecleanmakezImage2．制作cramfs文件系統(tǒng)利用工具軟件MKCRAMFS制作cramfs文件系統(tǒng)。假設root_tech目錄包含將來要用到的所有文件，把制作工具和root_tech放在同一個目錄下，并在該目錄下使用命令：MKCRAMFSroot_techrootfs.cramfs

7.2.6Linux內核及文件系統(tǒng)的下載1．利用vivi通過超級終端重新下載vivi2．利用vivi燒寫內核和root文件系統(tǒng)3．利用U-Boot燒寫內核和root文件系統(tǒng)主要內容1324Bootloader引導程序Linux的移植驅動程序開發(fā)應用程序開發(fā)設備驅動程序的工作原理設備驅動程序是操作系統(tǒng)內核和機器硬件之間的接口。設備驅動程序為應用程序屏蔽了硬件的細節(jié),應用程序可以像操作普通文件一樣對硬件設備進行操作。設備驅動程序作為內核的一部分,完成以下功能:對設備初始化和釋放；把數據從內核傳送到硬件和從硬件讀取數據；讀取應用程序傳送給設備文件的數據和回送應用程序請求的數據；檢測和處理設備出現的錯誤。Linux下的設備驅動程序是內核的一部分,運行在內核模式。在Linux系統(tǒng)中，使用file_operation結構將設備驅動程序和文件系統(tǒng)相關聯,在這個結構里存放了設備各種操作的入口函數。

Linux下設備驅動程序在輸入/輸出系統(tǒng)中的地位用戶程序的進程（設備）文件系統(tǒng)設備驅動程序設備服務子程序中斷處理程序物理設備控制器輸入/輸出請求輸入/輸出響應物理設備驅動程序的開發(fā)和使用步驟1．用戶在自己的驅動程序源文件中定義file_operations結構,并編寫出設備需要的各個操作函數，對于設備不需要的操作函數用NULL初始化；2．定義一個初始化函數，該函數應包含以下幾項工作：（1）對使用到的硬件寄存器進行初始化，包括中斷寄存器。（2）初始化與設備相關的參數。（3）注冊設備。

intregister_chrdev(unsignedint,constchar*,structfile_operations*)其中三個參數分別代表主設備號、設備名和file_operations結構變量的地址。（4）注冊設備使用的中斷。注冊中斷使用的函數。（5）其他的一些初始化工作，比如給設備分配I/O，申請DMA通道等。3．將設備驅動加到Linux內核中4．將設備驅動編譯成驅動模塊主要內容1324Bootloader引導程序

Linux的移植驅動程序開發(fā)應用程序開發(fā)

應用程序的開發(fā)步驟開發(fā)Linux應用程序一般分為以下幾個步驟：編寫程序編寫Makefile文件編譯程序運行程序將生成的可執(zhí)行文件加入文件系統(tǒng)。如果應用程序的運行需要某些驅動程序，先將驅動程序掛接到文件系統(tǒng)中。舉例：hello應用程序的開發(fā)和運行1.編寫Hello程序編寫hello.c文件，保存在hello目錄下。代碼如下所示：#include<stdio.h>#include<stdlib.h>intmain(intargc,char**argv){printf("HelloReader,Congradulations!!!\n");return(0);}2.編寫Makefile文件，內容如下：CC=/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-gccCFLAGS=-I/l