目前,在嵌入式系统中基于arm微核的嵌入式处理器已经成为市场主流。随着arm技术的广泛应用,建立面向arm构架的嵌入式操作系统成为当前研究的热点问题。
已经涌现出许多嵌入式操作系统,如vxwork,windows-ce,palmos,linux等。在众多的嵌入式操作系统中,linux以其开源代码及免费使用倍受开发人员的喜爱。本文选用的微处理器s3c2410" title="s3c2410">s3c2410是基于32位arm920t内核的微处理器,基于此处理器构造一linux嵌入式操作系统,将其移植到基于32位的arm920t内核的系统中,在此基础上进行应用程序开发。
l开发环境介绍
1.1 基于s3c2410 arm920t的硬件平台
该系统的硬件平台为深圳旋极公司提供,硬件的核心部件为三星$3c2410 arm920t芯片,外围还包括:64 m nand flash和ram外围存储芯片;串口、网口和usb外围接口;cstn lcd和触摸屏外围显示设备;udal34lts的外围音频设备。s3c2410处理器和外围设备共同构成了基于arm920t的开发板。
1.2嵌入式limlx软件系统
该嵌入式linux" title="嵌入式linux">嵌入式linux的软件系统包括以下4个部分:引导加载程序vivi;linux2.6.14内核;yaffs2文件系统以及用户程序。他们的可执行映像依次存放在系统存储设备上.
与通常的嵌入式系统布局有所不同,本系统在引导加载程序和内核映像之间还增加了一个启动参数区,在这个区里存放着系统启动参数。引导加载程序通过调用这些参数来决定启动模式、启动等待时间等,这些启动参数的增加加强了系统的灵活性。本系统采用64 m nandflash的存储设备。
2嵌入式linux系统设计与实现
2.1 引导加载程序vivi
2.1.1 vivi的基本功能
该系统使用的:bootloader是vivi,vivi是韩国miziresearch公司为其开发的smdk2410开发板编写的一款引导程序。vivi是cpu加电后运行的第一段程序,其基本功能是初始化硬件设备、建立内存空间的映射图,从而为调用嵌入式linux内核做好准备。
vivi由2部分组成:一部分是依赖于cpu体系结构的代码,用汇编语言实现对硬件环境的初始化,并为第二部分代码的执行做好准备;另部分是用c语言实现内存空间的映射,并将linux内存映像和根文件系统映像从flash上读到ram空间中,设置好启动参数,最后调用内核。
2.1.2 bootloadcrvivi移植
从网站www.mizi.com下载vivi源码并解压,按以下步骤进行移植,该系统使用arm-gcc一2.95.2对vivi进行编译。
(1)指定/vivi/makefile文件中的cross-com-pile,linux-include-dir,arm-gcc-libs,如下面的参考路径:
linux_include_dir=/opt/host/armv41/include/;
cross_compile=/opt/host/armv41/bin/armv41一ud-
known-linux一:
arm-gcc-libs=/opt/host/armv41/lib/gcc-lib/ar-
mv41一unknown-linux/2.95.2:
(2)修改/vivi/arch/s3c2410/smdk.c文件里的mtd-par-tition-t default-mtd-partitions[]分区内容如表1所示;
(3)增加/vivi/lib/loadyaffs.c文件,实现烧写yaffs2
映像文件;修改/vivi/lib/config_cmd.in,增加如下一行:bool'load yaffs to flash command'config-load-yaffs,使得loadyaffs命令可作为可选项;
(4)执行make distclean:清理vivi编译环境;执行make menuconfig进行对vivi裁剪,根据实际情况进行选择,注意要选上"[*]load ya
ffs to flash command"因为这里用的是yaffs2文件系统,需要vivi支持yaffs2映像下载;执行make生成所需要的文件vivi;
(5)采用jtag烧写映像到目标板nand flash的零地址处,实现引导程序的装载。
2.2 linux2.6.14内核的移植
2.2.1 内核的选择
linux内核版本的更新速度非常快,但linux的内核版本发行同linux对嵌入式处理器支持程度的发展是不同步的,因此,需要对特定的处理器体系结构选择合适的内核,并且根据其硬件功能部件加上相应的补丁。根据$3c2410的体系结构以及外围硬件特性,该系统采用linux2.6.14内核,所用的编译器为arm-linux-gcc一3.4.1版本;由于该系统采用的是yaffs2文件系统,因此需要从网上下载yaffs2.tar.gz文件,解压并执行"./patch.ker.sh/i.inux2.6.14"命令,对i.inux内核打补丁使其支持yaffs2文件系统。
2.2.2 内核的修改
(1)修改内核源码中makefile的交义编译项:
arm?=arm;cross一compile?=/usr/local/arm/3.4.1/bin/arm-linux一;
(2)在arch/arm/mach-s3c2410/devs.c文件中:
①增加头文件定义:
#include
#include
#inelude
②增加static struct mtd-partition partition-info[]函数,建立分区表信息,分区内容如表1所示;
③加入nand flash分区:struet s3c24 1 o-nand-set nandset一{nr_partitions:5,partitions:partition-info,};
④建立nand flash 芯片支持struct s3c24 10-platform-nand superlpplatform={tacls:o,twrph0:30,twrphl:0,sets:&.nandset,nr-sets:1,};
⑤在nand flash驱动里加入nand flash芯片支持:在s3c-device-nand中增加.dev一{.platform一data一&super-lpplatform}。
(3)在arch/arm/machs3c2410/machsmdk2410.c中的一initdata部分增加&s3c-device-nand,使内核启动时初始化nand flash信息。
(4)为了使内核支持devfs并在启动时在/sbin/init运行之前自动挂载/dev为devfs文件系统.修改fs/kconfig.并在menu"pseudo filesystetns"下添加如下语句:config devfs_fsbooi"/dev flie system support(obolete)default yconfig devfs-mountbool"automatically mount at boot"default ydepends on devfs fs
2.2.3 内核的编译和加载
(1)执行make mrproper:编译内核前清理编译环境。
(2)执行make menuconfig:对内核进行配置是量体裁衣的过程.是十分复杂的过程,配置适合自已的内核可能需要多次重复的配置操作。以下根据该系统对部分配置做简单介绍: boot options一一一>default kernel command st ring
noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc
console--ttysac0.1 15200
说明:mtdblock3代表nand fash第4个分区,他足该系统的root分区;
floating point emulation一一一>
[*]nwfpe math emulation
#选择在内核中使用nwfpe浮点模拟
file systems一一一>
<>second extended fs support
#去除对ext2的支持
pseudo file
[*]/proc file system support
[*]virtual memory file system support(former
shm fs)
[*]/dev file system support(obsolete)
[*]automatically mount at boot(new)
这里会看到前面修改fs/kconfig的结果,devfs已经被支持。
miscellaneous filesystems一-- >
#选择yaffs2根文件系统
<*>yaffs2 file system support
------51 2 byte/page devices
[*]lets yaffs do its own ecc
[ ]use the same ecc byte order as steven hill's nand-ecc.c
一一一2048 byte (or larger)/page devices
[*]autoselect yaffs2 format
[*]disable lazy loading
(1 0)reserved blocks for checkpointing
[*]turn off wide tnodes
[]force chunk erase check
[]cache short names in ram
network file systems---〉
<*〉nfs file system support
(3)执行make bzlmage,成功编译后将在arch/arm/boot/下生成需要的文件zimage。
(4)在vivi提示符下,输入"load flash kernel x"命令通过串口下载内核映像到nand flash的kernel分区中。
2.3 文件系统
linux采用文件系统组织系统中的文件和设备,为设备和用户程序提供统一接口。他支持cramfs,jffs2.ramdisk等多种文件系统。本系统使用可读写的yaffs2根文件系统。
2.3.1 yaffs2文件系统简介
yaffs2是yaffs(yet another flash file sys tem)的升级版,能更好地支持nand flash,是一种类似于jffs的专门为flash设计的嵌入式文件系统。与jffs相比,他减少了一些功能,因此速度更快、占用内存更少。nand flash大多采用mtd+yaffs的模式,通过yaffs文件系统,可以像操作硬盘上的文件一样操作flash中的数据,在系统断电后数据仍然存储在flash芯片中.
2.3.2 根文件制作
(1)建立根文件系统目录root,在root目录下建讧子日录bin,sbin,dev,etc,proc,lib,user;
/bin:保存大多数如init.busybox,shell.文件管理实用程序等二进制文件;
/sbin:保存系统启动过程通常需要的命令;
/dev:包含用在设备中的所有没备节点;
/etc:包含系统的所有配置文件;
/proc:这是一个必须设置的特殊目录,在系统运行之后他下面有许多内容,在某些情况下,可以通过他进行系统设置,许多工具能从这里获得信息。在编译内核时要选择文件系统proc的支持; /lib:包含所有必要的库;
/user:存放用户程序。
(2)编译busybox.busyh。x足一个著名的开源软件.他以极小型的应用程序集成了一百多个最常用的linux命令,闪此享有"嵌入式linux的瑞士军刀"的美臀。首先,从网上下载busybox源码.该系统使用的是1.1.3版本;其次,执行nlakemenuconfig命令.根据实际需求进行功能配置,该系统将busybox编详为静态连接;最后:执行filakc a11 install进行编译、安装;编译器为:arm-linux-gcc一3.4.1,安装路径与上述root为同一路径。这样在root目录下将有脚本linuxrc.在/bin,/sbin日录下将订busvbox提供的指向busybox的符号连接命令集。
(3)编写启动脚本:一般系统启动时都会按要求执行相应的初始化操作。写住命令仃的init=/liunxrc·这个linuxrc足指向/etc/init.d/rcs文件的一个符号连接。在rcs文件中列出了 linux仞始化要执行的文件.例如.初始化进程init、挂载根系统、挂载模块化设备驱动等。rcs的作用相当于windows中的autocxec.bat文什,由于对于不同的应用rcs的内容变化很大,因此应根据实际需要编写rcs的内容。
(4)制作yaffs2映象:利用实用程序nlkyaffsinlage(mkvaffmage与root 目录在同一路径下)制作yaffs2映像root.img命令为:
#./inkyaffsimage root root. inlgroot.img就是所需要的yaffs2文件系统;
(5)文件系统映像下载:在vivi提示符下,执仃"loadyaffs root x"选择root.inlg将文件通过串口下载到nand flash的root分区中.然后复化或重启开发板,就可以启动linux系统。
3 结 语
通过对嵌入式系统arni平台的构建,分析bootloadervivj的功能.阐述了linux内核的移植,同时也解释r制作yaffs2文件系统的步骤和方法.意在给嵌入式系统平台的搭建有个整体的把握和认识,以降低进入arm嵌入式开发应用领域的门槛,进一步推进嵌入式软硬件开发的进程。