基于ARM的嵌入式linux内核裁剪及移植实战

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基于嵌入式ARM9的Linux系统移植的研究和实现

基于嵌入式ARM9的Linux系统移植的研究和实现

2020年第8期信息与电脑China Computer & Communication软件开发与应用基于嵌入式ARM9的Linux 系统移植的研究和实现冯宁波 周 剑(苏州长风航空电子有限公司,江苏 苏州 215151)摘 要:笔者以ARM9处理器为硬件,对嵌入式系统展开分析,并对安装到嵌入式ARM9芯片开发板上的Linux 系统移植进行研究。

Linux 系统移植步骤如下:首先初始化随机存取存储器,设置堆栈,引导加载程序移植;然后下载Linux 内核,修改Makefile 文件,设计交叉编译环境;最后依据内核启动过程,指定启动初始值,控制后台,并执行制作菜单配置命令。

关键词:嵌入式ARM9;Linux 系统;移植;内核中图分类号:TP311.54;TP316.81 文献标识码:A 文章编号:1003-9767(2020)08-078-02Research and Implementation of Linux System Migration Based on EmbeddedARM9Feng Ningbo, Zhou Jian(Suzhou Changfeng Avionics Co., Ltd., Suzhou Jiangsu 215151, China)Abstract: The author takes ARM9 processor as hardware, analyzes the embedded system, and studies the Linux systemporting installed on the embedded ARM9 chip development board. The steps of Linux system porting are as follows: first, initialize random access memory, set stack, boot loader porting; then download Linux kernel, modify makefile file, and design cross compiling environment; finally, according to the kernel startup process, specify the initial startup value, control the background, and execute thecommand of making menu configuration.Key words: embedded ARM9; Linux system; transplantation; kernel0 引言微电子技术快速发展使计算机技术支持下的嵌入式系统得到广泛应用,该系统因软硬件可裁剪、使用性能良好,受到人们青睐[1]。

嵌入式Linux在ARM上的移植

嵌入式Linux在ARM上的移植

Linux在ARM上的移植摘要:本文是基于ARM的平台上进行嵌入式操作系统LINUX的移植,其中ARM选S3C2410。

文中首先对Linux操作系统内核进行了介绍,然后对系统引导程序(BootLoader)进行了设计,最后给出了Linux在ARM上的移植过程。

关键字:Linux、ARM、BootLoader、移植一、Linux操作系统内核Linux作为一种优秀的操作系统,近几年在嵌入式领域成为了极具潜力的嵌入式操作系统。

本文的主要内容是将Linux系统的内核移植到ARM(基于ARM9S3C2410)上。

Linux操作系统主要由内核、Shell、文件结构组成。

其中内核是系统的心脏,是运行程序和管理磁盘、打印机等硬件设备的核心程序。

(1)Linux内核结构Linux内核是整个Linux系统的灵魂,负责整个系统的内存管理、进程调度和文件管理。

Linux内核与大部分UNIX内核一样是单内核体系结构的,能够根据需要定制内核映像的尺寸,具有很大灵活性,不需要重新编译内核和引导就能检验新的内核组件,这个特性对于嵌入式而言是非常有好处的,方便用户构筑自己的个人内核。

Linux内核由5个主要的子系统组成:进程调度、内存管理、虚拟文件系统、网络接口和进程间通信。

(2)Linux内核代码组织结构本文将对LINUX进行内核移植,其内核代码分布如图所示。

下面分别对其进行说明:/arch目录包含了目前Linux支持的硬件结构,如i386、alpha、arm等的内核代码;/drivers目录包含了内核中所有的设备驱动程序;/fs目录包含了所有的文件系统的代码;/include目录包含了建立内核代码所需的大部分库文件,这个模块利用其它模块重建内核;/init目录包含了内核的初始化代码,内核从此处工作;/ipc目录包含了进程间通信代码;/kernel子目录包含了主内核代码;/mm目录包含所有独立于CPU体系结构的内存管理代码;/net目录包含了和网络相关的代码,如ipv4、ipv6等。

07_嵌入式Linux内核裁减移植

07_嵌入式Linux内核裁减移植

什么是Linux内核?
内核架构
内核配置与编译
Linux内核具有可定制的优点 ,具体步骤如下:
1. 清除临时文件、中间文件和配置文件 .
• make clean:remove most generated files but keep the config • make mrproper:remove all generated files + config files • make distclean:mrproper + remove editor backup and patch files
怎样编译文件
(4)obj-m,定义文件编译成可加载模块 obj-m中定义的.o文件由当前目录下的.c或.S文件编译生成,但不会编进 build-in.o中,而是编译成可加载模块.ko 当某个模块(m)需要多个文件编译制作而成: obj-m = a.o a-objs:= b.o, c.o, d.o 由b.o,c.o,d.o组合生成a.o,a.o最后制作成a.ko模块 (5)、obj-m、obj-y变量中增加子目录名则进入该子目录执行Makefile (6)、 lib-y,定义文件被编译成库文件 lib-y中定义的.o文件由当前目录下的.c或.S文件编译生成,并且被打包成当前目 录下的一个库文件lib.a 要把lib.a编译进内核,需要在顶层Makefile中libs-y中列出该目录 要编译成库的代码一般在lib/、arch/$(ARCH)/lib/这两个目录下

内核配置与编译
4、编译内核: • 编译内核映像 – make zImage – make bzImage
区别:在X86平台, zImage只能用于小于 512K的内
生成带Uboot文件头的的内核:make uImage 注意需要uboot的mkimage工具支持,但本开发板uboot支持直接引导zImage 参见:cmd_bootm.c:#ifdef CONFIG_ZIMAGE_BOOT • 如需获取详细编译过程信息,可使用: – make zImage V=1 – make bzImage V=1 编译出错时,可以通过查看编译过程信息定位错误,例如缺 少某些编译选项时 可以到相应目录下的Makefile去修改 编译好的内核位于arch/<cpu>/boot/目录下

基于ARM9嵌入式Linux内核的移植

基于ARM9嵌入式Linux内核的移植
码 进行裁 减移植 。

ห้องสมุดไป่ตู้
I 在 相 关 地 方 增 加 修改根 目录中的 Ma ef 文件。这个 j“ CONFI ARCH— 3 4 0 = kfe l ¥ G— S C2 1 ”
Ma e l  ̄ kfe 件的任务有两个 : i3 产生v iu  ̄ i“ ml x n y”一 这个语句。 。 件 和 产 生 内 核模 块 。为 了达 到 此 目的 , 1 关键点: of 文件决定了m ncni cn g i euof g Ma ei 将递 归进入内核的各个子 目录中, 菜单的 内容 。把使 用的平 台加在需要的地 kf e l 分别调用位于这些子 目录中的 Ma ef 。 k f e j l 方,这样在配置Ln x时就能够选择是否 iu 打开最上 层目录下的 Ma ei 文 件, 1 k fl e 支持 你的 平台 了。 这个文件 中修改后 的内容如 下所示 : 1 4 . 改ac / r b o )修 r h a m/ o t目录下的 ( )指定 目标平台 :ARCH:= a m Ma ei 文件 1 r kfe l (2 ) 指 定 交 叉 编 译 器 : { 编译出来的内核是存放在 ac / r r am/ h
解压到 目标板的地址 :修改 b o 目录下的 ot 2. )根据电路设置T XT DD E A R { kfe Mael文件 ; i 修改 cm r s / kfe o pe e Mael sd i 因为 2. 1 4. 8版本 的内核还没有包含 1文 件 。
¥C 40 3 2 1X处理器 ,所以要手动增加下面内 } 5. ac /r / e e 目 ) 修改 r am kr l 录下的文 h n 容 『 件 i q¥C FG AR H_ 3 2 1)y f ((ON I_ C S C 40,) e

Linux内核在ARM上的裁减与移植

Linux内核在ARM上的裁减与移植

2
Linux 内核移植概述
所谓 L inux 移植就是把 L inux 操作系统源码
针对具体的目标平台做必要改写之后, 安装到该目 标平台使其正确的运行起来。在 L inux 移植的过 程中可以通过裁减、 修改源码等达到增强新系统的 实时性或者减小新系统的体积等目的
[ 4]
3
Linux 内核配置与裁减
of oper ating system can be do ne in the fo llow ing st eps: conf ig ur ation, ta ilor of so urce co de, cr o ss co mpilation. T his paper make a detaile d descr iption abo ut ite ms abo ve, and the r ealiza tio n of it. T r ansplantation o f oper ating sy stem is the ba se o f embedded sy stem, so has a impor tant significance o n de velopment o f e mbe dded system. Key words linux ker ne l, tailo r, cro ss co mpilatio n, tr ansplanta tio n Class Number T P311
1
Linux 系统及 Linux 内核简介
一个完整的系统 主要 5 部分组成 : 硬件、 Boot lo ader 、 操作 系统内核、 操作 系统服 务和用 户应 用 程序 , 如 图 1 所示。用户应用程序是指那
块 5 个模块构成, 如图 2 所示。

基于ARM的嵌入式linux内核裁剪及移植

基于ARM的嵌入式linux内核裁剪及移植
第 2 卷第 6 ( 5 期 总第 1 8 ) 1期
V 1 5 N .( U o1 8 o. o S M N . 1 ) 2 6
机 械 管 理 开 发
M ECHANI CAL M AN AGEM ENT AND DEVEL0PM ENT
2 0年 1 01 2月
D e .0l c2 0
b nuis 2.5. rb 2、 c 一 3. trbz i t - 1 t . z g c 3. 6. . 2、g i - 2-. . r l a a lbc 3 2t . a
b2 l c l utra s232t . 和 l u -ic ha — z 、g b —i x ed - ...r i n h ag i x l - ed n b
2 B ola e 的 移 植 . 2 ot dr o .
基础上经过裁剪 、 修改 , 适用于嵌入式系统并应用于特 定 嵌入 式场 合 的专 用 Lnx 作 系统 。与其 它 的嵌 入 iu 操 式 操作 系统 相 比, 入 式 Ln x 有 以下 特点 : 有 开 嵌 iu 具 具 放源代 码 , 系统 内核较小 、 效率 高 、 内核 网络结 构完整 , 针对 嵌入 式 的存 储方 案 , 供 实 时版 本和 完 善 的嵌入 提 式解决方 案 、 备一 整套 工具链 , 易搭建嵌 入式 系统 具 容 的 开发环 境 , 减后 的 系统 适用 于诸 如信 息 家 电等嵌 裁 入式 系统 的开发 。

引 言
目前 , 种嵌 入式 Lnx 各 iu 操作 系统迅 速 发展 , 已形 成 了 能 与 Widw C no s E等嵌 入 式操 作 系统 进行 有 力 竞 争 的局 面 。嵌 入 式 Lnx 作 系统 的迅 速 崛 起 , iu 操 主要

基于ARM的嵌入式Linux操作系统移植

基于ARM的嵌入式Linux操作系统移植

第节绪沦内核精小、效率高,并且具有,:百度的模块化和扩一展性:具备文件和日录针理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能;具有大量的应用程序接口(A川),开发应用程序简单;嵌入式应用软件丰富。

第四阶段是以基于Internet为标志的嵌入式系统,这是一个正在迅速发展的阶段。

目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外,但随着工nternet的发展以及工nternet技术与信息、家电、工业控制技术等结合日益密切,嵌入式设备与InteI'net的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。

妇.2嵌入式操作系统的主要特点随着嵌入式系统的不断发展,可以看到嵌入式操作系统在嵌入式系统中的作用日显重要,它可以为嵌入式系统开发人员提供一个基本的软件开发和运行的支撑平台,从而大大减少了复杂嵌入式系统的开发难度和开发周期,增强了系统的稳定性,降低开发和维护成本。

本论文的工作也是针对特定的嵌入式通用操作系统一嵌入式L1nux展开的,故我们首先对嵌入式操作系统作进一步的阐述。

嵌入式操作系统并不是简单嵌入的操作系统,它与通常意义上的操作系统有一定的区别。

嵌入式操作系统负责嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配、调度工作,控制协调并发活动,它必须体现所在系统的特征,能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。

根据各文献的描述,嵌入式操作系统具有如下一些特征: 1.小巧。

一般嵌入式系统所能够提供的资源有限,所以嵌入式操作系统必须做到小巧以满足嵌入式系统硬件的限制。

2.实时性。

据统计,有许多嵌入式系统工作在实时性要求很高的环境中,这就要求嵌入式操作系统必须将实时性作为一个重要的指标来考虑。

在信息时代, 人们必须在有效的时间内对收到的信息进行处理,从而为进一步的决策分析争取时间如GSI客户端的信息处理。

所以,嵌入式操作系统必须体现一定的实时性。

3.可定制性。

由于嵌入式系统需要根据应用的要求进定制,所以嵌入式操作系统也必须能够根据应用的要求进行定制,去掉多余的部分,或者简化相应的模块。

基于ARM9的嵌入式的linux操作系统的移植

基于ARM9的嵌入式的linux操作系统的移植
Linux as excellent open source operating system software has been widely applied to the embedded operating system, its real-time performance, portability, supports large capacity memory, MMU (microcontroller), and I / O system.
This research mainly divides into the following several aspects:
Research on Embedded Linux from the module to the function of different levels of cutting, hardware platform is based on the CPU: S3C2440A core ARM920T, Samsung, 400MHZ SDRM: typical frequency; 64Mbyte, FLASH: NOR FLASH: 24M bytes (for bootloader) NAND FALSH: 64M byte; embedded system concept and current situation; embedded system development model; introduce start kernel and kernel tailoring; embedded Linux transplantation; Linux embedded system development environment tool chain generation and integrated development environment to build.
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具 软 件 Busboy 和 MKCRAMFS 制 作 CRAMFS 文 件 系
统。首先在本地建立根文件系统 myroot,然后在其目
录下建立所需要的子目录,bin,dev,usr, mnt, proc,
lib,sbin 等。建立好目录之后要各相应的目录复制相
应的文件或库,可以通过 BusyBox 来实现[4]。
行配置,配置完成后通过输入命令:make 即可在/arch/
arm/boot 下生成所需要的内核文件 zImage。
2.4 文件系统
目前嵌入式系统可以选择的根文件系统有:
Romfs、CramFS、Ramfs、Jffs2、Ext2 等等,本系统采
用 CramFS 作为 uCLinux 嵌入式系统的只读根文件系
#mkcramfs root cramfs.Img
根据可用的系统资源和引导装载程序的功能,内 核 可 以 编 译 成 vmlinux、Image 或 zImage。 vmlinux 和 zImage 之间的主要区别在于 vmlinux 是实际的(未压缩 的)可执行文件,而 zImage 是或多或少包含相同信息 的自解压压缩文件―只是压缩它以处理(通常是 Intel 强制的)640 KB 引导时间的限制。
Linux 的程序源码全部公开,任何人都可以根据自 己的需要裁剪内核,以适应自己的系统。文章以 linux 移植到 ARM920T 内核的 S3C2410 处理器芯片为例,介 绍了嵌入式 linux 内核的裁剪以及移植过程,文中介绍 的基本原理与方法技巧也可用于其它芯片。 2.1 交叉编译环境
嵌入式开发之前,首先要建立一个交叉编译环境, 这是一套编译器、连接器和 libc 库等组成的开发环 境。在主机上创建一个用于编译并将在目标上运行的 内核和应用程序的构建环境。交叉编译器完整的安装 涉及到多个软件安装,最重要的有 binutils、gcc、glibc 三个 。 [3] 其中,binutils 主要用于操作二进制文件的实
统。Cramfs 是 Linus 的一个文件系统,有很好的压
率,可直接从 Flash 上运行,不需 load 到 RAM 中,
节约了 RAM。但 Cramfs 是只读的,对于需要运行时
修改的目录 (如:/etc, /var, /tmp) 多有不便。因此,
一般将这些目录做成 ramfs 等可写的 fs。可以利用工
0引言 目前,各种嵌入式 Linux 操作系统迅速发展,已形
成了能与 WindowsCE 等嵌入式操作系统进行有力竞 争的局面。嵌入式 Linux 操作系统的迅速崛起,主要 是由于人们对自由软件的渴望与嵌入式系统应用的特 制性,要求提供系统源码层次上的支持等,而嵌入式 Linux 正是为满足这一需求出现的。由于商业嵌入式 操作系统昂贵,系统源码封闭,需要较长时间来学习掌 握,因此许多用户采用免费和开放源码的嵌入式系统, 基于 Linux 的嵌入式系统是目前较为常用的一种开源 的嵌入式操作系统[1]。但 Linux 也有自己的缺点,内核 比较大,实时性能也比较差,所以它不适用于实时性要 求很高的领域。 1 嵌入式 Linux 操作系统
CROSSCOMPILE-/opt/crosstoo1/gcc-3.3.6-glIhc-2.3.2/
arm-linux/bin/arm-linux;2)设置 NAND FLASH 分区;
在 areh/arm/maeh s3c2410/devs.C 中添加头文件;3)将
static struct mtd-partition partition-info[]中的分区和 VI⁃
系统加电或复位后,CPU 通常都从 CPU 制造商 预先安排的地址上取指令,如基于 ARM9 内核的 CPU 在 复 位 时 都 从 地 址 Ox00000000 处 取 它 的 第 一 条 指 令。而嵌入式系统通常都有某种类型的固态存储设备 (如 ROM、EEPROM 或 FLASH 等)被安排在这个起始 地址上。因此在系统加电或复位后,处理器将首先执 行存放在起始地址处的程序。通过集成开发环境 IDE 可以将 BootLoader 定位在起始地址开始的存储空间 内。所以,BootLoader 是系统加电后,操作系统内核 或用户应用程序运行之前,首先必须运行的一段代 码。通过这段小程序可以初始化硬件设备、建立内存 空间的映射图,从而将系统的软硬件环境带到一个合 适的状态,以便为最终调用操作系统内核准备好正确 的环境。
从 网 上 下 载 所 需 资 源 文 件 linux-2.6.27.tar.bz2、 binutils-2.15.tar.bz2、gcc-3.3.6.tar.bz2、glibc- 2.3.2.tar. bz2、glibc-linuxthreads-2.3.2.tar.g 和 linux-libc-head⁃ ers- 2.6.12.0.tar.bz2。然后将这些工具包文件放在新 建 的/home/downloads( 刚 开 始 文 件 名 是 建 立 成 down⁃ load,后来改成 downloads)目录下,最后在/home 目录下 解压 crosstool-0.42.tar.gz,修改 arm.sh 脚本,及配置文 件、添加环境变量后。重新启动终端即可链接成功。 2.2 Bootloader 的移植
【摘 要】 文章介绍了嵌入式 Linux 系统的框架、构建及其移植方法,并以 S3C2410 处理器芯片为例,将 Linux 操作 系统移植到 ARM 处理器上;并介绍了开发环境的搭建、Bootloader 的架构及功能、内核、文件系统的编译及移植 方法。 【关键词】 Linux ARM;剪裁;移植 【中图分类号】 TP311.54 【文献标识码】 A 【文章编号】 1003-773X(2010)06-0183-03
收稿日期:2010-05-26;修回日期:2010-08-23 作者生,研究方向:测试计量技术及仪器。
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第 25 卷第 6 期(总第 118 期)
机械管理开发
2010 年 12 月
映像和根文件系统映像从 FLASH 中读取到 RAM 中, 可以设置好启动参数后启动内核。
VIVI 的 stagel 是 BootLoader 一开始就执行的操作, 其目的是为了 stage2 的执行以及随后的内核的执行设 置好一些基本的硬件环境。其步骤如下:1)硬件初始 化:当上电或复位后,VIVI启动,位于NAND中的前4 KB 程序便从 NANDFLASH 中由 S3C2410 自动拷贝到 step⁃ pingstone 的前 4kB 的内部 RAM 中,该 RAM 之后被映射 到地址 0x00 处。此时 VIVI 的前 4kB 代码开始运行,关 闭 Watchdog,关闭中断,初始化 PLL 和时钟主频设定, 初始化存储器设定。2)配置串口:初始化串口控制 器。3)复制自身到 SDRAM 中:当初始化串口结束后, VIVI 开 始 把 自 身 从 NANDFLASH 中 复 制 到 SDRAM 中。4)跳转到 stage2 的入口点。VIVI 的 stage2 阶段, 包括以下步骤:(1)继续初始化系统硬件;(2)内存影 射初始化,内存管理单元初始化;(3)初始化堆栈;(4) 初始化 mtd 设备;(5)初始化私有数据;(6)初始化内 置命令;(7)启动 VIVI。
本实验系统运行的 Linux 版本是针对 2.6.14.1 进 行移植,下载内核代码在/linux 下,移植按照以下步骤: 1)设置目标平台和指定交叉编译器:在最上层的根目 录/Makefile 文件中,首先要指定所移植的硬件平台以 及 所 使 用 的 交 叉 编 译 器 。 改 为 如 下 :ARCH-arm
创 建 Cramfs 文 件 系 统 需 要 mkcramfs 工 具 ,mk⁃
cramfs 能把相应的 Cramfs 目录树压缩成为单一的映象
文件,Mkcramfs 的命令格式为:
Mkcramfs [-h] [--e edition] [-I file] [-n name] Dir⁃
Name OutFile
S3C2410 用 VIVI 作为系统的 BootLoader。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,继而为调用嵌入式 Linux 内核做好准备。VIVI 由两部分组成:一部分依 赖于 CPU 体系结构的、用汇编语言实现的代码。对硬 件环境的初始化,并为第二部分代码的执行做好准备, 另一部分是内存空间的映射,由 C 语言实现,并将内存
Bootloader 的移植:① 修改 Malkefile,指定交叉编 译 : ARCH-armCROSS COMPII E-/opt/crosstool/ gcc-3.3.6-glibe-2.3.2/。 ② 修 改/arch/s3c2410/smdk..c 文件,按照上面所指定大小指定 NAND 分区。③ 编译 生成 VIVI。 2.3 Linux 内核的移植
VI 中的分区分成一样大小;4)加入 NAND FLASH 分
区;5)建立芯片支持;6)在 NAND FLASH 驱动里加入
NAND FLASH 芯片支持;7)在 arch/arm/machs3c2410/
machsmdk2410.c 中 initdata 部 分 增 加 gas3c-de⁃
vice-nand,使内核启动时初始化 NAND FLASH 信息;
用程序集合。它们包括诸如 ar,as,objdump,objcopy 这样的实用程序;gcc 则用来生成交叉编译器,主要生 成 arm-linux-gcc 交叉编译工具;glibc 主要是提供用户 程序所使用的一些基本的函数库。所有用户应用程序 都将链接到 C 库。避免使用任何 C 库函数的内核和其 它应用程序在没有该库的情况下进行编译。
嵌入式 Linux(Embedded Linux)是指在标准 Linux 基础上经过裁剪、修改,适用于嵌入式系统并应用于特 定嵌入式场合的专用 Linux 操作系统。与其它的嵌入 式操作系统相比,嵌入式 Linux 具有以下特点:具有开 放源代码,系统内核较小、效率高、内核网络结构完整, 针对嵌入式的存储方案,提供实时版本和完善的嵌入 式解决方案、具备一整套工具链,容易搭建嵌入式系统 的开发环境,裁减后的系统适用于诸如信息家电等嵌 入式系统的开发[2]。 2 内核移植
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