基于32位ARM920T内核的微处理器的嵌入式Linux系统构建详解

工程师青青 发表于 2018-09-13 17:16:40 收藏 已收藏
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基于32位ARM920T内核的微处理器的嵌入式Linux系统构建详解

工程师青青 发表于 2018-09-13 17:16:40

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。

基于32位ARM920T内核的微处理器的嵌入式Linux系统构建详解

l、开发环境介绍

1.1、基于S3C2410ARM920T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$3C2410ARM920T芯片,外围还包括:64MNANDFLASH和RAM外围存储芯片;串口、网口和USB外围接口;CSTNLCD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64MNANDFLASH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-unknown-Linux-:

ARM-GCC-LIBS=/opt/host/armv41/lib/gcc-lib/armv41一unknown-Linux/2.95.2:

(2)、修改/vivi/arch/s3c2410/smdk.C文件里的mtd-par-tition-tdefault-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'loadyaffstOflashcommand'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 menu config进行对vivi裁剪,根据实际情况进行选择,注意要选上"[*]load yaffs t0 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S3C2410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_COMPILE=/usr/local/arm/3.4.1/bin/arm-Linux-;

(2)、在arch/arm/mach-s3c2410/devs.C文件中:

①、增加头文件定义:

#include<Linux/mtd/partitions.hi>

#include<Linux/mtd/nand.h>

#inelude<asm/arch/nand.h>

②、增加staticstruct 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NandFlash分区:struet s3c241O-nand-set nandset-{nr_partitions:5,partitions:partition-info,};

④、建立NandFlash芯片支持struct s3c2410-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NANDFLASH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makeme nuconfig: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 string

No initrd root=/dev/mtd block3 init=/Linuxrc

console--ttySAC0.115200

说明:mtdblock3代表NANDFASH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

Pseu do filesystems一一>

[*]/proc file system support

[*]Virtual memory file system support(former shmfs)

[*]/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 file systems一-->

#选择YAFFS2根文件系统

<*>YAFFS2 file system support

------512byte/pagedevices

[*]Lets Yaffs doi ts own ECC

[]Use the same ecc byte order as Steven Hill'S nand-ecc.C

一一一2048byte(or larger)/page devices

[*]Auto select yaffs2 format

[*]Disable lazy loading

(10)Reserved blocks for check pointing

[*]Turn off wide tnodes

[]Force chunk erase check

[]Cache short names in RAM

Network File Systems---〉

<*〉NFS file system support

(3)、执行makeb zlmage,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 Ano ther FLASH File System)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make menu config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FIlakca11install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busy box提供的指向busy box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:

#./inkyaffsimagerootroot.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"loadyaffsrootx"选择root.inlg将文件通过串口下载到NANDFLASH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。

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