嵌入式Linux系统设计报告

嵌入式Linux系统设计报告

一、硬件设备介绍

此次实验用的板子是韦东山的JZ2440V2，JZ2440V2是一款基于ARM9的开发板，采用Samsung S3C2440 芯片，并采用专业稳定的CPU 内核电源芯片和复位芯片来保证系统运行时的稳定性。在进行器件地址说明之前，有一点需要注意，nGCS0 片选的空间在不同的启动模式下，映射的器件是不一样的。

在NAND Flash启动模式下，内部的4KBytes BootSram被映射到nGCS0 片选的空间；在Nor Flash启动模式下( 非Nand Flash 启动模式) ，与nGCS0 相连的外部存储器Nor Flash 就被映射到nGCS0 片选的空间SDRAM 地址空间：0x30000000 ~ 0x34000000。

嵌入式Linux系统的移植主要有U-Boot、Linux内核、文件系统这三部分。Uboot是在系统上电时开始执行，初始化硬件设备，准备好软件环境，然后才调用Linux操作系统内核。文件系统是Linux操作系统中用来管理用户文件的内核软件层。文件系统包括根文件系统和建立于Flash内存设备之上文件系统。根文件系统包括系统使用的软件和库，以及所有用来为用户提供支持架构和用户使用的应用软件，并作为存储数据读写结果的区域。

二、Linux系统移植步骤

1. 准备工作，包括下载源码、建立交叉编译环境等。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。

2. 配置和编bootloader（引导装载程序）。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。

3.配置和编译Linux内核，对其进行相应的裁剪，修改内核以支持相关的硬件设备。

4. 为大容量NAND Flash移植YAFFS文件系统，并将该文件系统加入Linux 内核中。

5.制作RAMdisk来挂载根文件系统。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。

6. 烧写、调试系统；如果调试出错，则需要重新配置，返回上述步骤（2）。

三、U-Boot移植

3.1.U-Boot简介

U-Boot全称Universal Boot Loader，是遵循GPL条款的开放源码项目。从FADSROM、8xxROM、PPCBOOT逐步发展演化而来。其源码目录、编译形式与Linux内核很相似，事实上，不少U-Boot源码就是相应的Linux内核源程序的简化，尤其是一些设备的驱动程序，这从U-Boot源码的注释中能体现这一点。但是U-Boot不仅仅支持嵌入式Linux系统的引导，当前，它还支持NetBSD, VxWorks, QNX, RTEMS, ARTOS, LynxOS嵌入式操作系统。其目前要支持的目标操作系统是OpenBSD, NetBSD, FreeBSD,4.4BSD, Linux, SVR4, Esix, Solaris, Irix, SCO, Dell, NCR, VxWorks, LynxOS, pSOS, QNX, RTEMS, ARTOS。这是U-Boot 中Universal的一层含义，另外一层含义则是U-Boot除了支持PowerPC系列的处理器外，还能支持MIPS、x86、ARM、NIOS、XScale等诸多常用系列的处理器。这两个特点正是U-Boot项目的开发目标，即支持尽可能多的嵌入式处理器和嵌入式操作系统。就目前来看，U-Boot对PowerPC系列处理器支持最为丰富，对Linux的支持最完善。其它系列的处理器和操作系统基本是在2002年11月PPCBOOT改名为U-Boot后逐步扩充的。从PPCBOOT向U-Boot的顺利过渡，很大程度上归功于U-Boot的维护人德国DENX软件工程中心Wolfgang Denk[以下简称W.D]本人精湛专业水平和持着不懈的努力。当前，U-Boot项目正在他的领军之下，众多有志于开放源码BOOT LOADER移植工作的嵌入式开发人员正如火如荼地将各个不同系列嵌入式处理器的移植工作不断展开和深入，以支持更多的嵌入式操作系统的装载与引导。

3.2. U-Boot移植的方法

U-Boot移植方法当前，对于U-Boot的移植方法，大致分为两种。一种是先用BDI2000创建目标板初始运行环境，将U-Boot镜像文件u-boot.bin下载到目标板RAM中的指定位置，然后，用BDI2000进行跟踪调试。其好处是不用将U-Boot镜像文件烧写到FLASH中去。但弊端在于对移植开发人员的移植调试技能要求较高，BDI2000的配置文件较为复杂。另外一种方法是用BDI2000先将U-Boot镜像文件烧写到FLASH中去，然后利用GDB和BDI2000进行调试。这种方法所用BDI2000的配置文件较为简单，调试过程与U-Boot移植后运行过程相吻合，即U-Boot先从FLASH中运行，再重载至RAM中相应位置，并从那里正式投入运行。唯一感到有些麻烦的就是需要不断烧写FLASH。但考虑到FLASH 常规擦写次数基本为10万次左右，作为移植U-Boot，不会占用太多的次数，应

该不会为FLASH烧写有什么担忧！U-Boot移植要点①BDI2000的配置文件。如果采用第二种移植方法，即先烧入FLASH的方法，配置项只需很少几个，就可以进行U-Boot的烧写与调试了。对PPC 8xx系列的主板，可参考DULG文档中TQM8xx的配置文件进行相应的修改。

3.3. 移植U-Boot的常见问题

在移植U-Boot的过程中会遇到很多问题，最主要的是一开始无法启动U-Boot。代码中很多地方设置有误都会导致无法启动，对于Stage1的代码来说，系统的出错信息是无法打印到串口或者其他设备的，此时可以使用JTag调试器调试目标开发板。对于汇编编写的代码，一般都与系统硬件息息相关，在编写的时候需要非常仔细。最好准备好ARM体系结构手册和S3C2440A芯片手册，并且认真阅读编程模型相关的章节，对硬件的初始化流程要细心分析。

四、Linux内核移植

4.1.内核简介

Linux 内核主要由5个模块构成，它们分别是：进程调度模块、内存管理模块、文件系统模块、进程间通信模块和网络接口模块。

进程调度模块用来负责控制进程对CPU资源的使用。所采取的调度策略是各进程能够公平合理地访问CPU，同时保证内核能及时地执行硬件操作。内存管理模块用于确保所有进程能够安全地共享机器主内存区，同时，内存管理模块还支持虚拟内存管理方式，使得Linux支持进程使用比实际内存空间更多的内存容量。并可以利用文件系统把暂时不用的内存数据块交换到外部存储设备上去，当需要时再交换回来。文件系统模块用于支持对外部设备的驱动和存储。虚拟文件系统模块通过向所有的外部存储设备提供一个通用的文件接口，隐藏了各种硬件设备的不同细节。从而提供并支持与其他操作系统兼容的多种文件系统格式。进程间通信模块子系统用于支持多种进程间的信息交换方式。网络接口模块提供对多种网络通信标准的访问并支持许多网络硬件。

4.2. 内核移植要点

Linux的代码完全开放以及其良好的结构设计非常适于嵌入式系统。移植Linux系统包括内核、程序库和应用程序，其中最主要的就是内核移植。由于Linux 内核的开放性，出现了许多针对嵌入式硬件系统的内核版本，其中著名的包括μcLinux、RT-Linux等。Linux本身对内存管理（MMU）有很好的支持。因此，在移植的时候首先要考虑到目标硬件平台是否支持MMU。以ARM平台为例，ARM7内核的CPU不支持MMU，无法直接把Linux内核代码移植到ARM7核