轉(zhuǎn)自：[url]http://dev.yesky.com/153/2527653.shtml[/url] 06-08-13 08:00 作者： 宋寶華 出處： 天極開發(fā) 責任編輯：方舟 在筆者撰寫的《C語言嵌入式系統(tǒng)編程修煉之道》一文中，主要陳訴的軟件架構(gòu)是單任務無操作系統(tǒng)平臺的，而本文的側(cè)重點則在于講述操作系統(tǒng)嵌入的軟件架構(gòu)，二者的區(qū)別如下圖：



　　嵌入式操作系統(tǒng)并不總是必須的，因為程序完全可以在裸板上運行。盡管如此，但對于復雜的系統(tǒng)，為使其具有任務管理、定時器管理、存儲器管理、資源管理、事件管理、系統(tǒng)管理、消息管理、隊列管理和中斷處理的能力，提供多任務處理，更好的分配系統(tǒng)資源的功能，很有必要針對特定的硬件平臺和實際應用移植操作系統(tǒng)。鑒于Linux的源代碼開放性，它成為嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域的很好選擇。國內(nèi)外許多知名大學、公司、研究機構(gòu)都加入了嵌入式Linux的研究行列，推出了一些著名的版本：

　　·RT-Linux提供了一個精巧的實時內(nèi)核，把標準的Linux核心作為實時核心的一個進程同用戶的實時進程一起調(diào)度。RT-Linux已成功地應用于航天飛機的空間數(shù)據(jù)采集、科學儀器測控和電影特技圖像處理等廣泛的應用領(lǐng)域。如NASA(美國國家宇航局)將裝有RT-Linux的設(shè)備放在飛機上，以測量Georage咫風的風速；

　　·uCLinux（Micro-Control-Linux，u表示Micro，C表示Control）去掉了MMU（內(nèi)存管理）功能，應用于沒有虛擬內(nèi)存管理的微處理器/微控制器，它已經(jīng)被成功地移植到了很多平臺上。

　　本章涉及的mizi-linux由韓國mizi公司根據(jù)Linux 2.4內(nèi)核移植而來，支持S3C2410A處理器。

　　1.Linux內(nèi)核要點

　　和其他操作系統(tǒng)一樣，Linux包含進程調(diào)度與進程間通信(IPC)、內(nèi)存管理(MMU)、虛擬文件系統(tǒng)(VFS)、網(wǎng)絡接口等，下圖給出了Linux的組成及其關(guān)系：



　　Linux內(nèi)核源代碼包括多個目錄：

　　（1）arch：包括硬件特定的內(nèi)核代碼，如arm、mips、i386等；

　　（2）drivers：包含硬件驅(qū)動代碼，如char、cdrom、scsi、mtd等；

　　（3）include：通用頭文件及針對不同平臺特定的頭文件，如asm-i386、asm-arm等；

　　（4）init：內(nèi)核初始化代碼；

　　（5）ipc：進程間通信代碼；

　　（6）kernel：內(nèi)核核心代碼；

　　（7）mm：內(nèi)存管理代碼；

　　（8）net：與網(wǎng)絡協(xié)議棧相關(guān)的代碼，如ipv4、ipv6、ethernet等；

　　（9）fs：文件系統(tǒng)相關(guān)代碼，如nfs、vfat等；

　　（10）lib：庫文件，與平臺無關(guān)的strlen、strcpy等，如在string.c中包含：

char * strcpy(char * dest,const char *src) { char *tmp = dest; while ((*dest++ = *src++) != '\0') /* nothing */; return tmp; }

　　（11）Documentation：文檔

　　在Linux內(nèi)核的實現(xiàn)中，有一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使用非常頻繁，對研讀內(nèi)核的人來說至為關(guān)鍵，它們是：

　　1.task_struct

　　Linux內(nèi)核利用task_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)代表一個進程，用task_struct指針形成一個task數(shù)組。當建立新進程的時候，Linux為新的進程分配一個task_struct結(jié)構(gòu)，然后將指針保存在task數(shù)組中。調(diào)度程序維護current指針，它指向當前正在運行的進程。

　　2.mm_struct

　　每個進程的虛擬內(nèi)存由mm_struct結(jié)構(gòu)代表。該結(jié)構(gòu)中包含了一組指向vm-area_struct結(jié)構(gòu)的指針，vm-area_struct結(jié)構(gòu)描述了虛擬內(nèi)存的一個區(qū)域。

　　3.inode

　　Linux虛擬文件系統(tǒng)中的文件、目錄等均由對應的索引節(jié)點(inode)代表。

　　2.Linux移植項目

　　mizi-linux已經(jīng)根據(jù)Linux 2.4內(nèi)核針對S3C2410A這一芯片進行了有針對性的移植工作，包括：

　　（1）修改根目錄下的Makefile文件

　　a.指定目標平臺為ARM：

#ARCH := $(shell uname -m | sed -e s/i.86/i386/ -e s/sun4u/sparc64/ -e s/arm.*/arm/ -e s/sa110/arm/) ARCH := arm

　　b.指定交叉編譯器：

CROSS_COMPILE = arm-linux-

　　（2）修改arch目錄中的文件

　　根據(jù)本章第一節(jié)可知，Linux的arch目錄存放硬件相關(guān)的內(nèi)核代碼，因此，在Linux內(nèi)核中增加對S3C2410的支持，最主要就是要修改arch目錄中的文件。

　　a.在arch/arm/Makefile文件中加入：

ifeq ($(CONFIG_ARCH_S3C2410),y) TEXTADDR = 0xC0008000 MACHINE = s3c2410 Endif

　　b.在arch\arm\config.in文件中加入：

if [ "$CONFIG_ARCH_S3C2410" = "y" ]; then comment 'S3C2410 Implementation' dep_bool ' SMDK (MERI TECH BOARD)' CONFIG_S3C2410_SMDK $CONFIG_ARCH_S3C2410 dep_bool ' change AIJI' CONFIG_SMDK_AIJI dep_tristate 'S3C2410 USB function support' CONFIG_S3C2410_USB $CONFIG_ARCH_S3C2100 dep_tristate ' Support for S3C2410 USB character device emulation' CONFIG_S3C2410_USB_CHAR $CONFIG_S3C2410_USB fi # /* CONFIG_ARCH_S3C2410 */

　　arch\arm\config.in文件還有幾處針對S3C2410的修改。

　　c.在arch/arm/boot/Makefile文件中加入：

ifeq ($(CONFIG_ARCH_S3C2410),y) ZTEXTADDR = 0x30008000 ZRELADDR = 0x30008000 endif

　　d.在linux/arch/arm/boot/compressed/Makefile文件中加入：

ifeq ($(CONFIG_ARCH_S3C2410),y) OBJS += head-s3c2410.o endif

　　加入的結(jié)果是head-s3c2410.S文件被編譯為head-s3c2410.o。

　　e.加入arch\arm\boot\compressed\ head-s3c2410.S文件

#include <linux/config.h> #include <linux/linkage.h> #include <asm/mach-types.h> .section ".start", #alloc, #execinstr __S3C2410_start: @ Preserve r8/r7 i.e. kernel entry values @ What is it? @ Nandy @ Data cache, Intstruction cache, MMU might be active. @ Be sure to flush kernel binary out of the cache, @ whatever state it is, before it is turned off. @ This is done by fetching through currently executed @ memory to be sure we hit the same cache bic r2, pc, #0x1f add r3, r2, #0x4000 @ 16 kb is quite enough... 1: ldr r0, [r2], #32 teq r2, r3 bne 1b mcr p15, 0, r0, c7, c10, 4 @ drain WB mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0 @ flush I & D caches #if 0 @ disabling MMU and caches mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 @ read control register bic r0, r0, #0x05 @ disable D cache and MMU bic r0, r0, #1000 @ disable I cache mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 #endif /* * Pause for a short time so that we give enough time * for the host to start a terminal up. */ mov r0, #0x00200000 1: subs r0, r0, #1 bne 1b

　　該文件中的匯編代碼完成S3C2410特定硬件相關(guān)的初始化。
　　f.在arch\arm\def-configs目錄中增加配置文件

　　g.在arch\arm\kernel\Makefile中增加對S3C2410的支持

no-irq-arch := $(CONFIG_ARCH_INTEGRATOR) $(CONFIG_ARCH_CLPS711X) \ $(CONFIG_FOOTBRIDGE) $(CONFIG_ARCH_EBSA110) \ $(CONFIG_ARCH_SA1100) $(CONFIG_ARCH_CAMELOT) \ $(CONFIG_ARCH_S3C2400) $(CONFIG_ARCH_S3C2410) \ $(CONFIG_ARCH_MX1ADS) $(CONFIG_ARCH_PXA) obj-$(CONFIG_MIZI) += event.o obj-$(CONFIG_APM) += apm2.o

　　h.修改arch/arm/kernel/debug-armv.S文件，在適當?shù)奈恢迷黾尤缦玛P(guān)于S3C2410的代碼：

#elif defined(CONFIG_ARCH_S3C2410) .macro addruart,rx mrc p15, 0, \rx, c1, c0 tst \rx, #1 @ MMU enabled ? moveq \rx, #0x50000000 @ physical base address movne \rx, #0xf0000000 @ virtual address .endm .macro senduart,rd,rx str \rd, [\rx, #0x20] @ UTXH .endm .macro waituart,rd,rx .endm .macro busyuart,rd,rx 1001: ldr \rd, [\rx, #0x10] @ read UTRSTAT tst \rd, #1 << 2 @ TX_EMPTY ? beq 1001b .endm

　　i.修改arch/arm/kernel/setup.c文件

　　此文件中的setup_arch非常關(guān)鍵，用來完成與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的初始化：

void __init setup_arch(char **cmdline_p) { struct tag *tags = NULL; struct machine_desc *mdesc; char *from = default_command_line; ROOT_DEV = MKDEV(0, 255); setup_processor(); mdesc = setup_machine(machine_arch_type); machine_name = mdesc->name; if (mdesc->soft_reboot) reboot_setup("s"); if (mdesc->param_offset) tags = phys_to_virt(mdesc->param_offset); /* * Do the machine-specific fixups before we parse the * parameters or tags. */ if (mdesc->fixup) mdesc->fixup(mdesc, (struct param_struct *)tags, &from, &meminfo); /* * If we have the old style parameters, convert them to * a tag list before. */ if (tags && tags->hdr.tag != ATAG_CORE) convert_to_tag_list((struct param_struct *)tags, meminfo.nr_banks == 0); if (tags && tags->hdr.tag == ATAG_CORE) parse_tags(tags); if (meminfo.nr_banks == 0) { meminfo.nr_banks = 1; meminfo.bank[0].start = PHYS_OFFSET; meminfo.bank[0].size = MEM_SIZE; } init_mm.start_code = (unsigned long) &_text; init_mm.end_code = (unsigned long) &_etext; init_mm.end_data = (unsigned long) &_edata; init_mm.brk = (unsigned long) &_end; memcpy(saved_command_line, from, COMMAND_LINE_SIZE); saved_command_line[COMMAND_LINE_SIZE-1] = '\0'; parse_cmdline(&meminfo, cmdline_p, from); bootmem_init(&meminfo); paging_init(&meminfo, mdesc); request_standard_resources(&meminfo, mdesc); /* * Set up various architecture-specific pointers */ init_arch_irq = mdesc->init_irq; #ifdef CONFIG_VT #if defined(CONFIG_VGA_CONSOLE) conswitchp = &vga_con; #elif defined(CONFIG_DUMMY_CONSOLE) conswitchp = &dummy_con; #endif #endif }

　　j.修改arch/arm/mm/mm-armv.c文件（arch/arm/mm/目錄中的文件完成與ARM相關(guān)的MMU處理）

　　修改

init_maps->bufferable = 0;

　　為

init_maps->bufferable = 1;

　　要輕而易舉地進行上述馬拉松式的內(nèi)核移植工作并非一件輕松的事情，需要對Linux內(nèi)核有很好的掌握，同時掌握硬件特定的知識和相關(guān)的匯編。幸而mizi公司的開發(fā)者們已經(jīng)合力為我們完成了上述工作，這使得小弟們在將mizi-linux移植到自身開發(fā)的電路板的過程中只需要關(guān)心如下幾點：
　　（1）內(nèi)核初始化：Linux內(nèi)核的入口點是start_kernel()函數(shù)。它初始化內(nèi)核的其他部分，包括捕獲，IRQ通道，調(diào)度，設(shè)備驅(qū)動，標定延遲循環(huán)，最重要的是能夠fork"init"進程，以啟動整個多任務環(huán)境。

　　我們可以在init中加上一些特定的內(nèi)容。

　　(2)設(shè)備驅(qū)動：設(shè)備驅(qū)動占據(jù)了Linux內(nèi)核很大部分。同其他操作系統(tǒng)一樣，設(shè)備驅(qū)動為它們所控制的硬件設(shè)備和操作系統(tǒng)提供接口。

　　本文第四章將單獨講解驅(qū)動程序的編寫方法。

　　(3)文件系統(tǒng)：Linux最重要的特性之一就是對多種文件系統(tǒng)的支持。這種特性使得Linux很容易地同其他操作系統(tǒng)共存。文件系統(tǒng)的概念使得用戶能夠查看存儲設(shè)備上的文件和路徑而無須考慮實際物理設(shè)備的文件系統(tǒng)類型。Linux透明的支持許多不同的文件系統(tǒng)，將各種安裝的文件和文件系統(tǒng)以一個完整的虛擬文件系統(tǒng)的形式呈現(xiàn)給用戶。

　　我們可以在K9S1208 NAND FLASH上移植cramfs、jfss2、yaffs等FLASH文件系統(tǒng)。

　　3. init進程

　　在init函數(shù)中"加料"，可以使得Linux啟動的時候做點什么，例如廣州友善之臂公司的demo板在其中加入了公司信息：

static int init(void * unused) { lock_kernel(); do_basic_setup(); prepare_namespace(); /* * Ok, we have completed the initial bootup, and * we're essentially up and running. Get rid of the * initmem segments and start the user-mode stuff.. */ free_initmem(); unlock_kernel(); if (open("/dev/console", O_RDWR, 0) < 0) printk("Warning: unable to open an initial console.\n"); (void) dup(0); (void) dup(0); /* * We try each of these until one succeeds. * * The Bourne shell can be used instead of init if we are * trying to recover a really broken machine. */ printk("========================================\n"); printk("= Friendly-ARM Tech. Ltd. =\n"); printk("= [url]http://www.arm9.net[/url] =\n"); printk("= [url]http://www.arm9.com.cn[/url] =\n"); printk("========================================\n"); if (execute_command) execve(execute_command,argv_init,envp_init); execve("/sbin/init",argv_init,envp_init); execve("/etc/init",argv_init,envp_init); execve("/bin/init",argv_init,envp_init); execve("/bin/sh",argv_init,envp_init); panic("No init found. Try passing init= option to kernel."); }

　　這樣在Linux的啟動過程中，會額外地輸出：

======================================== = Friendly-ARM Tech. Ltd. = = [url]http://www.arm9.net[/url] = = [url]http://www.arm9.com.cn[/url] = ========================================

　　4.文件系統(tǒng)移植

　　文件系統(tǒng)是基于被劃分的存儲設(shè)備上的邏輯上單位上的一種定義文件的命名、存儲、組織及取出的方法。如果一個Linux沒有根文件系統(tǒng)，它是不能被正確的啟動的。因此，我們需要為Linux創(chuàng)建根文件系統(tǒng)，我們將其創(chuàng)建在K9S1208 NAND FLASH上。

　　Linux的根文件系統(tǒng)可能包括如下目錄（或更多的目錄）：

　　（1）/bin (binary)：包含著所有的標準命令和應用程序；

　　（2）/dev (device)：包含外設(shè)的文件接口，在Linux下，文件和設(shè)備采用同種地方法訪問的，系統(tǒng)上的每個設(shè)備都在/dev里有一個對應的設(shè)備文件；

　　（3）/etc (etcetera)：這個目錄包含著系統(tǒng)設(shè)置文件和其他的系統(tǒng)文件，例如/etc/fstab(file system table)記錄了啟動時要mount 的filesystem；

　　（4）/home：存放用戶主目錄；

　　（5）/lib(library)：存放系統(tǒng)最基本的庫文件；

　　（6）/mnt：用戶臨時掛載文件系統(tǒng)的地方；

　　（7）/proc：linux提供的一個虛擬系統(tǒng)，系統(tǒng)啟動時在內(nèi)存中產(chǎn)生，用戶可以直接通過訪問這些文件來獲得系統(tǒng)信息；

　　（8）/root：超級用戶主目錄；

　　（9）/sbin：這個目錄存放著系統(tǒng)管理程序，如fsck、mount等；

　　（10）/tmp(temporary)：存放不同的程序執(zhí)行時產(chǎn)生的臨時文件；

　　（11）/usr(user)：存放用戶應用程序和文件。

　　采用BusyBox是縮小根文件系統(tǒng)的好辦法，因為其中提供了系統(tǒng)的許多基本指令但是其體積很小。眾所周知，瑞士×××以其小巧輕便、功能眾多而聞名世界，成為各國軍人的必備工具，并廣泛應用于民間，而BusyBox也被稱為嵌入式Linux領(lǐng)域的"瑞士×××"。

　　此地址可以下載BusyBox：[url]http://www.busybox.net[/url]，當前最新版本為1.1.3。編譯好busybox后，將其放入/bin目錄，若要使用其中的命令，只需要建立link，如：

ln -s ./busybox ls
ln -s ./busybox mkdir

　　4.1 cramfs

　　在根文件系統(tǒng)中，為保護系統(tǒng)的基本設(shè)置不被更改，可以采用cramfs格式，它是一種只讀的閃存文件系統(tǒng)。制作cramfs文件系統(tǒng)的方法為：建立一個目錄，將需要放到文件系統(tǒng)的文件copy到這個目錄，運行"mkcramfs 目錄名 p_w_picpath名"就可以生成一個cramfs文件系統(tǒng)的p_w_picpath文件。例如如果目錄名為rootfs，則正確的命令為：

mkcramfs rootfs rootfs.ramfs

　　我們使用下面的命令可以mount生成的rootfs.ramfs文件，并查看其中的內(nèi)容：

mount -o loop -t cramfs rootfs.ramfs /mount/point

　　此地址可以下載mkcramfs工具：[url]http://sourceforge.net/projects/cramfs/[/url]。

　　4.2 jfss2

　　對于cramfs閃存文件系統(tǒng)，如果沒有ramfs的支持則只能讀，而采用jfss2（The Journalling Flash File System version 2）文件系統(tǒng)則可以直接在閃存中讀、寫數(shù)據(jù)。jfss2 是一個日志結(jié)構(gòu)(log-structured)的文件系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)和原數(shù)據(jù)(meta-data)的節(jié)點在閃存上順序地存儲。jfss2記錄了每個擦寫塊的擦寫次數(shù)，當閃存上各個擦寫塊的擦寫次數(shù)的差距超過某個預定的閥值，開始進行磨損平衡的調(diào)整。調(diào)整的策略是，在垃圾回收時將擦寫次數(shù)小的擦寫塊上的數(shù)據(jù)遷移到擦寫次數(shù)大的擦寫塊上以達到磨損平衡的目的。

　　與mkcramfs類似，同樣有一個mkfs.jffs2工具可以將一個目錄制作為jffs2文件系統(tǒng)。假設(shè)把/bin目錄制作為jffs2文件系統(tǒng)，需要運行的命令為：

mkfs.jffs2 -d /bin -o jffs2.img

　　4.3 yaffs

　　yaffs 是一種專門為嵌入式系統(tǒng)中常用的閃存設(shè)備設(shè)計的一種可讀寫的文件系統(tǒng)，它比jffs2 文件系統(tǒng)具有更快的啟動速度，對閃存使用壽命有更好的保護機制。為使Linux支持yaffs文件系統(tǒng)，我們需要將其對應的驅(qū)動加入到內(nèi)核中fs/yaffs/，并修改內(nèi)核配置文件。使用我們使用mkyaffs工具可以將NAND FLASH中的分區(qū)格式化為yaffs格式（如/bin/mkyaffs /dev/mtdblock/0命令可以將第1個MTD塊設(shè)備分區(qū)格式化為yaffs），而使用mkyaffsp_w_picpath（類似于mkcramfs、mkfs.jffs2）則可以將某目錄生成為yaffs文件系統(tǒng)鏡像。

　　嵌入式Linux還可以使用NFS（網(wǎng)絡文件系統(tǒng)）通過以太網(wǎng)掛接根文件系統(tǒng)，這是一種經(jīng)常用來作為調(diào)試使用的文件系統(tǒng)啟動方式。通過網(wǎng)絡掛接的根文件系統(tǒng)，可以在主機上生成ARM 交叉編譯版本的目標文件或二進制可執(zhí)行文件，然后就可以直接裝載或執(zhí)行它，而不用頻繁地寫入flash。

　　采用不同的文件系統(tǒng)啟動時，要注意通過第二章介紹的BootLoader修改啟動參數(shù)，如廣州友善之臂的demo提供如下三種啟動方式：

　　（1）從cramfs掛接根文件系統(tǒng)：root=/dev/bon/2()；
　　
　　（2）從移植的yaffs掛接根文件系統(tǒng)：root=/dev/mtdblock/0；

　　（3）從以太網(wǎng)掛接根文件系統(tǒng)：root=/dev/nfs。

　　5.小結(jié)

　　本章介紹了嵌入式Linux的背景、移植項目、init進程修改和文件系統(tǒng)移植，通過這些步驟，我們可以在嵌入式系統(tǒng)上啟動一個基本的Linux。

轉(zhuǎn)載于:https://blog.51cto.com/bluefish/62648

《新程序員》：云原生和全面數(shù)字化實踐50位技術(shù)專家共同創(chuàng)作，文字、視頻、音頻交互閱讀

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的ARM的嵌入式Linux移植体验之操作系统的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。