第7章_嵌入式Linux软件设计

第7章
嵌入式Linux软件设计
主要内容
第7章 嵌入式Linux软件设计
1 Bootloader引导程序 2 Linux的移植
3 驱动程序开发
4 应用程序开发
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第7章 嵌入式Linux软件设计
7.1.1 Bootloader的启动过程
BootLoader的实现依赖于CPU的体系结构，因此大多 数BootLoader都分为stage1和stage2两大部分。
用户程序的进程
输入/输出 响应
（设备）文件系统
设备驱动程序
设备服务子程序 中断处理程序
物理设备控制器 物理设备
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❖ 驱动程序的开发和使用步骤
第7章 嵌入式Linux软件设计
1．用户在自己的驱动程序源文件中定义file_operations结构,并编写出 设备需要的各个操作函数，对于设备不需要的操作函数用NULL初始化；
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主要内容
第7章 嵌入式Linux软件设计
3．利用网络烧写软件imagewrite烧写内核和root文件系 统 ./imagewrite /dev/mtd/0 vivi:0 ./imagewrite /dev/mtd/0 zImage:192k ./imagewrite /dev/mtd/0 root.cramfs:2m
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第7章 嵌入式Linux软件设计
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7.2.3 交叉编译环境的建立
交叉编译指利用运行在机器上的编译器编译某个源程序， 生成在另一台机器上运行的目标代码的过程。
对于Linux系统和ARM平台来讲，GCC交叉编译器能高效 的完成移植，下面介绍生成GCC交叉编译器的一般过程。
（1）下载源代码 （2）编译binutils （3）配置Linux内核头文件 （4）第一次编译gcc （5）交叉编译glibc （6）第二次编译gcc
$(CC) $(CFLAGS) -o hello hello.c clean:
-rm -f *.o 3. 编译 进入hello目录，使用命令make进行编译。 4. 运行 ./hello
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7.2.1 Linux内核的目录结构
1．/arch：其中的子目录包含了所有与硬件体系结构相关的内核移植代码。每一 个目录都代表一种硬件平台，对于每种平台都应该包括：
✓ boot:包含启动内核所使用的部分或全部平台的相关代码。 ✓ kernel:包含支持体系结构特有的特征代码。 ✓ lib：包含存放体系结构特有的通用函数的实现代码。 ✓ mm: 包含存放体系结构特有的内存管理程序的实现。 ✓ mach-xxx:包含存放该处理器的移植代码。 2．/Documentation：其中的子目录包含有关内核的许多非常详细的文档。 3．/drivers：其中的子目录包含内核中所有的设备驱动程序。 4．/fs：其中的子目录包含了所有文件系统的代码。 5．/include：其中的子目录包含了建立内核代码时所需的大部分库文件的头文 件，该模块利用其他模块重建内核。同时，包括不同平台需要的库文件。 6．/init：其中的子目录包含了内核的初始化代码，内核从此目录下开始工作。 7．/ipc：其中的子目录包含了内核的进程间通讯的代码。 8．/kernel：其中的子目录包含了主内核的代码，如进程调度等。 9．/lib：其中的子目录包含了通用的库函数代码等。 10．/mm：其中的子目录包含了内核的内存管理代码。 11．/net：其中的子目录包含了内核的网络相关代码。 12．/scripts：其中的子目录包含了配置内核的一些脚本文件。
（5）其他的一些初始化工作，比如给设备分配I/O，申请DMA通道 等。
3．将设备驱动加到Linux内核中
4．将设备驱动编译成驱动模块 17
主要内容
第7章 嵌入式Linux软件设计
1 Bootloader引导程序 2 Linux的移植
3 驱动程序开发
4 应用程序开发
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❖ 应用程序的开发步骤
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Linux下的设备驱动程序是内核的一部分,运行在内核模 式。在Linux系统中，使用file_operation结构将设备驱动 程序和文件系统相关联,在这个结构里存放了设备各种操作 的入口函数。
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第7章 嵌入式Linux软件设计
❖ Linux下设备驱动程序在输入/输出系统中的地位
输入/输出 请求
1 Bootloader引导程序 2 Linux的移植
3 驱动程序开发
4 应用程序开发
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❖ 设备驱动程序的工作原理
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设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口。设 备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节, 应用程序可以像 操作普通文件一样对硬件设备进行操作。
设备驱动程序作为内核的一部分,完成以下功能: ▪对设备初始化和释放； ▪把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据； ▪读取应用程序传送给设备文件的数据和回送应用程序请 求的数据； ▪检测和处理设备出现的错误。
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7.1.2 Bootloader之vivi
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vivi是由韩国MIZI公司提供的一款针对S3C2410芯片的 BootLoader。
vivi的启动过程分为两个阶段：阶段1和阶段2。 阶段1的主要工作是： ▪硬件初始化； ▪配置串口； ▪复制自身到SDRAM中(跳转到C代码的入口函数)。
3 驱动程序开发
4 应用程序开发
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7.2 Linux的移植
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所谓Linux移植，就是针对具体的目标平台对Linux做必要 的改写后，安装到该目标平台并使其正确运行的过程。基本 内容包括：
▪获取某一版本的Linux内核源码。 ▪根据具体的目标平台，对源码进行必要的改写（主要是修改 有关体系结构的部分），然后添加一些驱动，打造一款适合 目标平台的新的操作系统。 ▪对该系统进行针对目标平台的交叉编译，生成一个内核映像 文件。 ▪将该映像文件烧写、安装到目标平台中。开发Linux应用程序一般分为 Nhomakorabea下几个步骤：
▪编写程序 ▪编写Makefile文件 ▪编译程序 ▪运行程序 ▪将生成的可执行文件加入文件系统。
如果应用程序的运行需要某些驱动程序，先将驱动程序 挂接到文件系统中。
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❖ 举例：hello应用程序的开发和运行
1. 编写Hello程序 编写hello.c文件，保存在hello目录下。代码如下所示： #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main(int argc, char **argv){
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7.2.6 Linux内核及文件系统的下载
1．利用vivi通过超级终端重新下载vivi vivi> load flash vivi x
2．利用vivi烧写内核和root文件系统 vivi> load flash kernel x vivi> load flash root x
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7.2.5 Linux内核及文件系统的编译
1．编译Linux内核 ✓make dep ✓make clean ✓make zImage
2．制作cramfs文件系统 利用工具软件MKCRAMFS制作cramfs文件系统。 假设root_tech目录包含将来要用到的所有文件，把制 作工具和root_tech放在同一个目录下，并在该目录下使 用命令： MKCRAMFS root_tech rootfs.cramfs
printf("Hello Reader,Congradulations!!!\n"); return(0); } 2. 编写Makefile文件，内容如下： CC = /opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-gcc CFLAGS = -I/linux2410/kernel/include -Wall -Wstrict-prototypes Wno-trigraphs -Os -mapcs -fno-strict-aliasing -fno-common -fnocommon -pipe -mapcs-32 hello: hello.c
2．定义一个初始化函数，该函数应包含以下几项工作： （1）对使用到的硬件寄存器进行初始化，包括中断寄存器。 （2）初始化与设备相关的参数。 （3）注册设备。
int register_chrdev(unsigned int,const char*,struct file_operations*)
其中三个参数分别代表主设备号、设备名和file_operations结构变量 的地址。 （4）注册设备使用的中断。注册中断使用的函数。
BootLoader的stage1通常包括以下步骤： ▪硬件设备初始化。 ▪为加载BootLoader的stage2准备RAM空间。 ▪复制BootLoader的stage2到RAM空间中。 ▪设置好堆栈。 ▪跳转到stage2的入口点。
BootLoader的stage2通常包括以下步骤： ▪初始化本阶段要使用的硬件设备。 ▪检测系统内存映射。 ▪将kernel映像和根文件系统映像从Flash读到RAM中。 ▪为内核设置启动参数。 ▪调用内核。
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第7章 嵌入式Linux软件设计
7.2.4 修改Linux内核文件