基于ARM平臺(tái)的Linux內(nèi)核移植研究

沙曉艷 肖寧

摘要：以S3C2440（ARM920T核）微處理器為核心，搭建硬件平臺(tái)，通過對(duì)Linux2.6.32.2的源代碼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，進(jìn)一步修改和優(yōu)化內(nèi)核，同時(shí)完成整個(gè)移植過程的配置和編譯，實(shí)現(xiàn)Linux內(nèi)核成功移植到開發(fā)板的實(shí)驗(yàn)效果。

關(guān)鍵詞：S3C2440 ?Linux內(nèi)核 ?內(nèi)核移植

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)、Internet技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)逐漸成為其中的重要組成部分。對(duì)于嵌入式Linux來(lái)說，通過對(duì)普通Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪、修改，通過嵌入的方式，使之運(yùn)行在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上[1]。將Linux內(nèi)核移植到一些典型的微控制器和微處理器上，成為前嵌入式Linux的一個(gè)熱點(diǎn)應(yīng)用，通過提供操作系統(tǒng)層面的支持，進(jìn)一步開發(fā)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件。

1 Linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)分析

1.1 Linux內(nèi)核 Linux內(nèi)核是Linux操作系統(tǒng)的核心，也是整個(gè)Linux功能的體現(xiàn)。Linux內(nèi)核主要由5個(gè)子系統(tǒng)組成：進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理、虛擬文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)接口、進(jìn)程間通信[2]。

各個(gè)子系統(tǒng)之間的依賴關(guān)系如圖1所示。

圖1 ?子系統(tǒng)之間的關(guān)系

1.2 內(nèi)核源碼 Linux內(nèi)核源碼使用目錄樹結(jié)構(gòu)，通常位于/usr/src/linux目錄中，如圖2所示。在Linux的源碼根目錄下存在大量子目錄，分別組織存放各種內(nèi)核子系統(tǒng)或文件的。其中，arch//目錄包括所有和體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的內(nèi)核代碼;include/asm-/目錄包括編譯內(nèi)核所需要的大部分include文件;drivers/中存放各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序;mm/目錄包括所有的內(nèi)存管理代碼;kernel/目錄中存放Linux內(nèi)核核心代碼;fs/目錄包含所有的文件系統(tǒng)代碼;init/目錄包含內(nèi)核的初始化代碼;ipc/目錄包含內(nèi)核的進(jìn)程間通信的代碼;net/目錄包含內(nèi)核的網(wǎng)絡(luò)代碼。在2.6.32的內(nèi)核代碼中已經(jīng)完全包含了對(duì)S3C2440硬件體系的支持。

2 內(nèi)核移植過程

內(nèi)核移植一般包括內(nèi)核配置、內(nèi)核編譯和內(nèi)核下載3大部分。

2.1 內(nèi)核配置 因?yàn)?.6.32版本的linux內(nèi)核已經(jīng)對(duì)S3C2440全系列硬件做了較好的兼容，大部分選項(xiàng)可以使用其缺省值。配置時(shí)，主要選擇：處理器類型、板級(jí)支持、對(duì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)及文件系統(tǒng)的支持。

2.1.1 搭建交叉編譯環(huán)境。修改源代碼根目錄下的Makefile，將默認(rèn)編譯平臺(tái)

Export KBUILD_BUILDHOST：=$（SUBARCH）

ARCH ? ?？= $（SUBARCH）

CROSS_COMPILE ？=

改為：

Export KBUILD_BUILDHOST：=$（SUBARCH）

ARCH ? ?？= arm

CROSS_COMPILE ？=arm-linux-

其中，ARCH是指定編譯的目標(biāo)平臺(tái)為arm，CROSS_COMPILE是指定交叉編譯器。如果使用其他的編譯環(huán)境，則要把編譯器的全部路徑寫出。

2.1.2 設(shè)置NAND FLASH 分區(qū)。將NAND FLASH分成2個(gè)區(qū)：Kernel、Rootfs，其中name表示分區(qū)的名稱，size表示分區(qū)的大小，offset表示分區(qū)在Flash中的起始地址。代碼在arch/arm/plat-s3c24xx/common-smdk.c中，將此結(jié)構(gòu)體中的內(nèi)容：

static struct mtd_partition smdk_default_nand_part[] = {}

修改為：

static struct mtd_partition smdk_default_nand_part[] = {

[0] = {

.name = "kernel"，

.size = SZ_2M，

.offset = 0，

}，

[1] = {

.name = "rootfs system"，

.offset = SZ_2M，

.size = SZ_64M，

}

};

2.1.3 設(shè)置晶振頻率

代碼在arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c 中，將代碼：

s3c24xx_init_clocks（16934400）;

改為：

s3c24xx_init_clocks（12000000）;

2.1.4 修改內(nèi)核配置。在指定交叉編譯環(huán)境后，輸入make menuconfig命令，打開Linux的內(nèi)核配置界面，如圖3所示。針對(duì)特定的硬件平臺(tái)適配內(nèi)核參數(shù)。

圖3 ?內(nèi)核配置界面

①系統(tǒng)配置

System Type--->

[*]MMU-based Paged Memory Management Support│

ARM system type （Samsung S3C2410， S3C2412， S3C2413， S3C2440， S3C2442， S3C2443） --->

S3C2410 Machines--->

[*]SMDK2440

[*]SMDK2440 with S3C2440 CPU module，其余不選。

②串口驅(qū)動(dòng)

Device Drivers ?--->

<*>Memory Technology Device （MTD） support ---> ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[*]MTD partitioning support ，其余不選。

Device Drivers ?--->

Character devices ?--->

Serial drivers ?--->

<*>Samsung SoC serial support ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[*]Support for console on Samsung SoC serial port ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? <*> Samsung S3C2440/S3C2442 Serial port support （NEW） ? ，其余不選。

③文件系統(tǒng)

File systems --->

Miscellaneous filesystems--->

<*> Journaling Flash File System v2（JFFS2） support，其余不選。

④內(nèi)核設(shè)置

Kernel Features--->

[*]Use the ARM EABI to compile the kernel，其余不選。

2.2 內(nèi)核編譯 內(nèi)核的編譯一般分為2步：建立內(nèi)核映像，建立內(nèi)核模塊。在2.6內(nèi)核中建立內(nèi)核依賴關(guān)系和建立內(nèi)核是同時(shí)完成的。只需：①利用#make uImage命令，生成映像uImage（能被uboot識(shí)別的內(nèi)核鏡像（只對(duì)于uboot））。②利用#make modules命令，建立內(nèi)核模塊。

2.3 內(nèi)核移植 一般來(lái)說與開發(fā)板通信有3種方式：網(wǎng)絡(luò)下載（tftp，ftp等）、串口下載和USB下載。用tftp下載，需要配置Linux下的tftp服務(wù)，然后將PC和開發(fā)板直連線（非網(wǎng)線）即可;用串口下載，需要配置Linux下的串口通信工具M(jìn)inicom，配置的主要是一些重要參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)中，通過tftp將內(nèi)核直接下載到開發(fā)板的內(nèi)存中。在網(wǎng)絡(luò)暢通的情況下，執(zhí)行下面的命令：

# tftp 30000000 uImage

把linux內(nèi)核下載到開發(fā)板的內(nèi)存的30000000中地址處。

3 內(nèi)核啟動(dòng)

內(nèi)核移植后，要使系統(tǒng)正常啟動(dòng)，只有系統(tǒng)內(nèi)核是不夠的，還需要加載文件系統(tǒng)，一般是把現(xiàn)有文件系統(tǒng)加載到目標(biāo)板，包括制作文件系統(tǒng)鏡像和用NFS加載文件系統(tǒng)方法。然后，通過串口線與PC相連，給開發(fā)板供電，打開開關(guān)，內(nèi)核就可以加載，如圖4所示。

4 總結(jié)

本文分析了Linux-2.6.32.2內(nèi)核源代碼，研究了Linux內(nèi)核移植過程。針對(duì)具體硬件設(shè)備、文件系統(tǒng)及應(yīng)用對(duì)內(nèi)核代碼做了相應(yīng)的配置，完成了基于ARM平臺(tái)的S3C2440處理內(nèi)核的移植過程，取得了預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙小林.嵌入式Linux系統(tǒng)研究與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)[J]. 武漢理工大學(xué)，2007.5

[2]劉文，徐磊等.基于ARM平臺(tái)的Linux內(nèi)核分析與移植研究[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2011.04.

[3]何云霞.嵌入式Linux系統(tǒng)移植與實(shí)現(xiàn)[J].電子科技大學(xué)， 2009.5.

[4]劉洪濤，孫天澤.嵌入式系統(tǒng)技術(shù)與設(shè)計(jì)[M].人民郵電出版社，2009.1.

基金項(xiàng)目：本文系陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院國(guó)家骨干院校建設(shè)子項(xiàng)

目——計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)重點(diǎn)課程建設(shè)階段性研究成果。

作者簡(jiǎn)介：沙曉艷（1972-），女，陜西西安人，陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，研究方向：教育教學(xué)、嵌入式應(yīng)用;肖寧（1975-），女，陜西西安人，陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)、智能計(jì)算。