Linux在嵌入式系统上的移植

论文导读：有Linux、uClinux、WinCE、VxWorks等。本文叙述了嵌入式Linux操作系统在AMR9平台上的移植过程。它基于ARM920T内核。是韩国MIZI公司为其ARM9系列产品而研发的Bootloader。
关键词：Linux，嵌入式系统，移植，Bootloader，内核
 

0引言

嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。

目前，可以使用的嵌入式操作系统有很多，有Linux、uClinux、WinCE、VxWorks等。其中，Linux操作系统是一种性能优良、源码公开且被广泛应用的免费操作系统。由于其体积小、可裁剪、运行速度快、安全性能高等优点，常被制作成嵌入式Linux，广泛地应用于嵌入式系统中。嵌入式Linux是指对标准Linux经过小型化裁剪处理之后，能够固化在容量只有几K或者几M字节的存储器芯片或者单片机中，适合于特定嵌入式应用场合的专用Linux操作系统。

本文叙述了嵌入式Linux操作系统在AMR9平台上的移植过程，以及构建一个完整嵌入式Linux开发环境的方法。

1系统平台

1.1 硬件平台

本文使用的硬件平台为武汉创维特信息技术有限公司研发的JXARM9-2410系列AMR9嵌入式教学实验系统。核心CPU采用韩国三星公司的主流ARM9处理器S3C2410X。它基于ARM920T内核，主频高达203MHz，带MMU（内存管理单元），片上资源丰富，性/价比极高，是目前ARM9处理器中，出货量最大的一款主流芯片。

主板包含的硬件资源：（1）64MBSDRAM，由两片16位数据宽度的SDRAM存储器组成，地址范围为0x30000000~0x33fffffff；（2）32MB NOR Flash存储器，其数据宽度为32位，地址范围为0x00000000~0x01ffffff；（3）8MB NAND Flash；（4）3个UART接口：UART0和UART1用作RS232串行接口，UART2用作RS485接口；（5）以太网接口；（6）USB接口；（7）MMC/SD卡接口；（8）彩色LCD显示器加触摸屏；（9）JTAG接口等。

1.2 软件平台

1.2.1 准备工作

我们将在一台安装了RedHat Linux 9.0操作系统的PC机下完成大部分的工作：要在主机上将源文件变成最终可以在目标机上执行的二进制文件，然后下载到目标机上执行，完成移植。在开始移植之前，先要从网上下载需要的源代码：

（1）vivi源代码。vivi是韩国MIZI公司为其ARM9系列产品而研发的Bootloader，小而灵巧，这里选用它作为嵌入式Linux系统的Bootloader。

（2）Linuxkernel源代码。用来裁剪成需要的嵌入式Linux系统，选用的是2.6.18.8版本。论文大全，Bootloader。

（3）交叉编译工具链。cross toolchain2.95.2（用来编译vivi）和4.0.0（用来编译内核）。使用两个版本的原因是vivi用4.0.0交叉编译器，编译出错，所以需选择用2.95.2交叉编译器。

1.2.2 配置开发环境

（1）安装cross toolchain工具，搭建交叉编译环境。构建交叉编译环境的方法有好几种，通过Crosstool脚本工具来实现一次编译生成交叉编译工具链，该方法简单，并且出错的机会也较少，这里使用该方法构建交叉编译工具链。

（2）配置主机网络设置，建立TFTP服务器，设置NFS Server。

（3）需要使用串口实现主机与目标机的通信，在Redhat Linux操作系统下使用的串口通信工具是minicom。

2移植实现

一个最基本的Linux操作系统应该包括：引导加载程序、Linux内核与文件系统三部分。实现移植就是要在开发主机上安装开发工具，编辑、编译目标板所需的引导程序、内核和文件系统，使其能在目标板上运行。

2.1 移植Bootloader

引导程序Bootloader是嵌入式系统在加电后执行的第一段代码，我们需要通过它来初始化必要的硬件设备，将操作系统映像装载到内存中，然后跳转到操作系统所在的空间，启动操作系统运行。Bootloader是依赖硬件实现的，所以我们要根据开发板的设备来构建合适的Bootloader。

（1）修改vivi根目录下的Makefile文件中的相关设置：

lCROSS_COMPILE =…../toolchain/2.95.2/bin/arm-linux-

lARM_GCC_LIB =…../toolchain/2.95.2/lib/gcc-lib/arm-linux/2.95.2

lLINUX_INCLUDE_DIR =…../kernel/linux-2.6.18.8/include

（2）修改arch/s3c2410/smdk.c文件中的default_mtd_partitions[]，设置NAND flash。如下表1所示。

表1 Nand Flash 分区表

（3）编译生成vivi.bin可执行文件。

（4）将vivi烧写到Flash。用开发板上自带的JTAG线和开发板连接，使用三星公司提供的SJF工具将上面生成的vivi.bin文件烧写到开发板上。

（5）正确烧写完vivi后，断开JTAG线，连上串口线，给开发板上电，检验vivi是否正常启动。

2.2 Linux内核移植

（1）修改Makefile文件。Linux 2.6内核加入了对S3C2410芯片的支持，驱动的交叉编译非常简单，在其Makefile中修改交叉编译器：

lARCH = arm

lCROSS_COMPILE = arm-linux-

其中ARCH=arm表示是以arm为体系结构，CROSS_COMPILE=arm-linux-表示是以

arm-linux-为前缀的交叉编译器。注意，需要把交叉编译工具链的路径添加到环境变量中，否则CROSS_COMPILE必须使用交叉编译工具链的绝对路径。

（2）修改arch/arm/mach-s3c2410/devs.c文件。我们使用NAND Flash作为Flash存储器，所以需要建立一个NAND Flash分区表来实现空间划分，定义分区存放的起始地址以及大小等。Flash分区信息必须与vivi的Flash分区信息相一致。论文大全，Bootloader。若两者不同，则很可能导致不能正常启动内核或读取文件系统。同时，要建立内核对NAND Flash的支持，加入NAND Flash的驱动程序。

（3）修改arch/arm/mach-s3c2410/mach-smdk2410.c文件。添加对NAND Flash分区表的初始化配置，使上面的修改生效。

（4）修改drivers/mtd/nand/s3c2410.c文件。禁止Flash ECC校验，因为Bootloader通过软件已经产生ECC校验码，这与内核ECC校验码不一致。

（5）内核定制。makemenuconfig显示一个基于文本的图形化配置菜单，是目前被公认为使用最广泛的配置内核方式。在终端下输入命令make menuconfig，将内核中不必要的功能除去，留下一些最基本的功能模块。根据我们开发板的情况，做了几点针对硬件的配置：

l选择处理器的类型——SamsungS3C2410

l加入内核对S3C2410 DMA的支持

l配置可加载模块的支持

l设置文件系统，支持devfs以及cramfs

配置保存后，生成.config文件，接下来的编译工作就是根据这个配置文件来进行的。

（6）内核编译。在内核2.4版本之前，编译内核相对复杂，需要使用好几个命令配合完成。在内核2.6上，可以简单地输入make来完成内核image的生成和模块的编译。在执行完make操作，会在arch/arm/boot目录下生成image和zImage两个内核映像文件，其中image为正常大小的映象文件，而zImage为压缩后的映像文件。压缩的Linux内核映像文件zImage就是将要在目标板上运行的Linux系统的核心。

（7）内核下载。使用minicom在vivi命令行下使用tftp服务下载内核。

2.3 Linux文件系统的移植

此时下载的内核文件在断电后不能保存，要想固化内核和模块到开发板需要添加根文件系统。Cramfs是针对Linux内核2.4之后的版本所设计的一种新型文件系统，是压缩和只读格式的。在嵌入式的环境下，内存和外存资源都需要节约使用，所以这里采用Cramfs文件系统。

（1）下载mkcramfs和cramfsck工具。mkcramfs用来创建Cramfs文件系统，cramfsck用来进行Cramfs文件系统的释放以及检查。

（2）建立根文件系统目录。论文大全，Bootloader。论文大全，Bootloader。根据FHS定义建立一个根文件顶层目录：bin，boot，dev，etc，home，lib，mnt，opt，proc，root，sbin，tmp，usr，var。

（3）借助BusyBox软件进行功能裁剪。BusyBox是很多标准 Linux工具的一个单个可执行实现。输入命令make menuconfig，我们通过界面化的配置得到一个自己需要的Linux工具库。

（4）修改BusyBox的Makefile内容，使用交叉编译环境进行编译。然后执行make install进行安装，将生成目录下的相应文件（bin，sbin，urs/bin，usr/sbin）复制到所构建文件系统的相应目录下。

（4）使用mkcramfs工具制作Cramfs根文件系统的映像，生成rootfs.cramfs映像文件。

（5）下载rootfs.cramfs映像文件到开发板上。

3结语

基于2.6内核的Linux凭借其突出的嵌入式特性与性能优越的ARM9 S3C2410相结合，在嵌入式领域有着广阔的应用天地。论文大全，Bootloader。文章详细阐述了Linux系统在S3C2410处理器上的移植方法，对其中的关键技术和重要步骤都给出了具体说明。论文大全，Bootloader。嵌入式操作系统的制作与移植是进行嵌入式开发的基础，必须熟练掌握。

参考文献：
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[2]邹颖婷李绍荣.ARM9上的嵌入式Linux系统移植[J]. 计算机应用, 2009年第28卷第6期.
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[4]杜文军侯立刚王艳梅.基于ARM的Linux移植分析与实现[J].辽宁石油化工大学学报, 2009年6月第29卷第2期..
[5]王晓宁王振臣张少兵姚帆.Linux操作系统在ARM9处理器上的移植[J].化工自动化及仪表,2010年第37卷第2期.