天津科技大學嵌入式系統(tǒng)ppt---第7章 嵌入式Linux軟件設計資料

1、第 7 章 嵌入式Linux軟件設計 共二十二頁主要(zhyo)內(nèi)容1324Bootloader引導(yndo)程序 Linux的移植 驅(qū)動程序開發(fā) 應用程序開發(fā) 共二十二頁 7.1.1 Bootloader的啟動(qdng)過程 在嵌入式操作系統(tǒng)中，BootLoader是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行?？梢猿跏蓟布O備、建立內(nèi)存空間映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準備好正確的環(huán)境。在嵌入式系統(tǒng)中，通常并沒有像BIOS那樣的固件程序（注，有的嵌入式CPU也會內(nèi)嵌一段短小的啟動程序），因此整個系統(tǒng)的加載啟動任務就完全由BootLoader來完成。嵌入式系統(tǒng)

2、中，系統(tǒng)在上電或復位時通常都從地址0 x00000000處開始執(zhí)行，而在這個地址處安排的通常就是系統(tǒng)的BootLoader程序。bootloader的操作模式:1，自啟動模式：bootloader從目標機上的某個固態(tài)存儲設備上將操作系統(tǒng)加載到RAM中運行。2，交互模式：目標機上的bootloader將通過串口或網(wǎng)絡等通行手段從開發(fā)(kif)主機（Host）上下載內(nèi)核映像等到RAM中。可以被bootloader寫到目標機上的固態(tài)存儲媒質(zhì)中，或者直接進入系統(tǒng)的引導。也可以通過串口接收用戶的命令。共二十二頁 7.1.1 Bootloader的啟動(qdng)過程 BootLoader的實現(xiàn)(shxi

3、n)依賴于CPU的體系結(jié)構(gòu)，因此大多數(shù)BootLoader都分為stage1和stage2兩大部分。 BootLoader的stage1通常包括以下步驟：硬件設備初始化。為加載BootLoader的stage2準備RAM空間。復制BootLoader的stage2到RAM空間中。設置好堆棧。跳轉(zhuǎn)到stage2的入口點。 BootLoader的stage2通常包括以下步驟：初始化本階段要使用的硬件設備。檢測系統(tǒng)內(nèi)存映射。將kernel映像和根文件系統(tǒng)映像從Flash讀到RAM中。為內(nèi)核設置啟動參數(shù)。調(diào)用內(nèi)核。共二十二頁 7.1.2 BootLoadervivi vivi是由韓國MIZI公司(n

4、s)提供的一款針對S3C2410芯片的BootLoader。 vivi的啟動過程分為兩個階段：階段1和階段2。階段1的主要工作是：硬件初始化；配置串口；復制自身到SDRAM中(跳轉(zhuǎn)到C代碼的入口函數(shù))。 階段2的主要工作是：對硬件系統(tǒng)繼續(xù)初始化；內(nèi)存映射初始化，內(nèi)存管理(gunl)單元MMU初始化；初始化堆；初始化MTD設備，MTD設備指具有閃存功能的設備，如閃存芯片、閃存卡等；初始化私有數(shù)據(jù)；初始化內(nèi)置命令；啟動vivi。共二十二頁 7.1.3 BootLoaderU-Boot U-Boot，全稱 Universal Boot Loader，是開源(ki yun)項目。其源碼目錄、編譯形式與

5、Linux內(nèi)核很相似，事實上，不少U-Boot源碼就是相應的Linux內(nèi)核源程序的簡化，尤其是一些設備的驅(qū)動程序。U-Boot不僅僅支持嵌入式Linux系統(tǒng)的引導，它還支持VxWorks, QNX, Solaris等嵌入式操作系統(tǒng)。這是U-Boot中Universal的一層含義，另外一層含義則是U-Boot除了支持PowerPC系列的處理器外，還能支持MIPS、 x86、ARM、NIOS、XScale等諸多常用系列的處理器。這兩個特點正是U-Boot項目的開發(fā)目標，即支持盡可能多的嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng)。就目前來看，U-Boot對PowerPC系列處理器支持最為豐富，對Linux的支持最

6、完善。共二十二頁主要(zhyo)內(nèi)容1324Bootloader引導(yndo)程序 Linux的移植 驅(qū)動程序開發(fā) 應用程序開發(fā) 共二十二頁 7.2 Linux的移植(yzh) 所謂Linux移植，就是針對具體的目標平臺對Linux做必要的改寫后，安裝到該目標平臺并使其正確運行的過程?；?jbn)內(nèi)容包括：獲取某一版本的Linux內(nèi)核源碼。根據(jù)具體的目標平臺，對源碼進行必要的改寫（主要是修改有關(guān)體系結(jié)構(gòu)的部分），然后添加一些驅(qū)動，打造一款適合目標平臺的新的操作系統(tǒng)。對該系統(tǒng)進行針對目標平臺的交叉編譯，生成一個內(nèi)核映像文件。將該映像文件燒寫、安裝到目標平臺中。 共二十二頁 7.2.1 Lin

7、ux內(nèi)核的目錄(ml)結(jié)構(gòu) 1/arch：其中的子目錄包含了所有與硬件體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的內(nèi)核移植代碼。每一個目錄都代表一種硬件平臺，對于每種平臺都應該包括： boot:包含啟動內(nèi)核所使用的部分或全部平臺的相關(guān)代碼。 kernel:包含支持體系結(jié)構(gòu)特有的特征代碼。 lib：包含存放(cnfng)體系結(jié)構(gòu)特有的通用函數(shù)的實現(xiàn)代碼。 mm: 包含存放體系結(jié)構(gòu)特有的內(nèi)存管理程序的實現(xiàn)。 mach-xxx:包含存放該處理器的移植代碼。2/Documentation：其中的子目錄包含有關(guān)內(nèi)核的許多非常詳細的文檔。3/drivers：其中的子目錄包含內(nèi)核中所有的設備驅(qū)動程序。4/fs：其中的子目錄包含了所有文件

8、系統(tǒng)的代碼。5/include：其中的子目錄包含了建立內(nèi)核代碼時所需的大部分庫文件的頭文件，該模塊利用其他模塊重建內(nèi)核。同時，包括不同平臺需要的庫文件。6/init：其中的子目錄包含了內(nèi)核的初始化代碼，內(nèi)核從此目錄下開始工作。7/ipc：其中的子目錄包含了內(nèi)核的進程間通訊的代碼。8/kernel：其中的子目錄包含了主內(nèi)核的代碼，如進程調(diào)度等。9/lib：其中的子目錄包含了通用的庫函數(shù)代碼等。10/mm：其中的子目錄包含了內(nèi)核的內(nèi)存管理代碼。11/net：其中的子目錄包含了內(nèi)核的網(wǎng)絡相關(guān)代碼。12/scripts：其中的子目錄包含了配置內(nèi)核的一些腳本文件。共二十二頁 7.2.2 Linux內(nèi)核(

9、ni h)源碼 通常對內(nèi)核源碼的改寫難度較大，因為這不僅要求對內(nèi)核結(jié)構(gòu)非常熟悉，而且也要對目標平臺的硬件結(jié)構(gòu)相當了解。所以這部分工作主要由目標平臺廠商提供，如對于ARM平臺，對Linux內(nèi)核源碼的改寫就是(jish)由英國ARM公司完成的。對于讀者來說，只需從其網(wǎng)站上下載相關(guān)版本的Linux內(nèi)核補丁，再安裝補丁即可。 共二十二頁 7.2.3 交叉編譯(biny)環(huán)境的建立 交叉編譯指利用運行在機器上的編譯器編譯某個源程序，生成在另一臺機器上運行的目標代碼的過程。對于Linux系統(tǒng)和ARM平臺來講，GCC交叉編譯器能高效(o xio)的完成移植，下面介紹生成GCC交叉編譯器的一般過程。（1）下載

10、源代碼 （2）編譯binutils （3）配置Linux內(nèi)核頭文件 （4）第一次編譯gcc （5）交叉編譯glibc（6）第二次編譯gcc 共二十二頁 7.2.4 修改Linux內(nèi)核(ni h)文件 1設置目標平臺和指定交叉編譯器 2修改arch/arm目錄下Makefile文件 3修改arch/arm目錄下config.in文件 4修改arch/arm/boot目錄下Makefile文件 5修改arch/arm/boot/compressed目錄下Makefile文件 6在arch/arm/boot/compressed目錄下添加head-s3c2410.s文件，該文件主要用來初始化處理器。

11、7在arch/arm/def-configs目錄下添加配置(pizh)好的S3C2410的配置文件。8修改arch/arm/kernel目錄下Makefile文件9修改arch/arm/kernel目錄下的debug-armv.s文件 10修改arch/arm/kernel目錄下的entry-armv.s文件 11修改arch/arm/mm目錄下的相關(guān)文件 12修改arch/arm/mach-s3c2410目錄下的相關(guān)文件 共二十二頁 7.2.5 Linux內(nèi)核(ni h)及文件系統(tǒng)的編譯 1編譯Linux內(nèi)核 make depmake cleanmake zImage 2制作cramfs文件

12、系統(tǒng) 利用工具軟件MKCRAMFS制作cramfs文件系統(tǒng)。 假設root_tech目錄包含(bohn)將來要用到的所有文件，把制作工具和root_tech放在同一個目錄下，并在該目錄下使用命令： MKCRAMFS root_tech rootfs.cramfs 共二十二頁 7.2.6 Linux內(nèi)核(ni h)及文件系統(tǒng)的下載 1利用vivi通過超級終端重新(chngxn)下載vivi2利用vivi燒寫內(nèi)核和root文件系統(tǒng) 3利用U-Boot燒寫內(nèi)核和root文件系統(tǒng) 共二十二頁主要(zhyo)內(nèi)容1324Bootloader引導(yndo)程序 Linux的移植 驅(qū)動程序開發(fā) 應用程序開

13、發(fā) 共二十二頁 設備(shbi)驅(qū)動程序的工作原理 設備驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)(co zu x tn)內(nèi)核和機器硬件之間的接口。設備驅(qū)動程序為應用程序屏蔽了硬件的細節(jié), 應用程序可以像操作普通文件一樣對硬件設備進行操作。 設備驅(qū)動程序作為內(nèi)核的一部分,完成以下功能:對設備初始化和釋放；把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)；讀取應用程序傳送給設備文件的數(shù)據(jù)和回送應用程序請求的數(shù)據(jù)；檢測和處理設備出現(xiàn)的錯誤。 Linux下的設備驅(qū)動程序是內(nèi)核的一部分,運行在內(nèi)核模式。在Linux系統(tǒng)中，使用file_operation結(jié)構(gòu)將設備驅(qū)動程序和文件系統(tǒng)相關(guān)聯(lián),在這個結(jié)構(gòu)里存放了設備各種操作的入口函數(shù)。 共

14、二十二頁 Linux下設備驅(qū)動程序在輸入(shr)/輸出系統(tǒng)中的地位用戶程序的進程（設備）文件系統(tǒng)設備驅(qū)動程序設備服務子程序中斷處理程序物理設備控制器輸入/輸出請求輸入/輸出響應物理設備共二十二頁 驅(qū)動程序的開發(fā)和使用(shyng)步驟 1用戶在自己的驅(qū)動程序源文件中定義file_operations結(jié)構(gòu),并編寫出設備需要的各個操作函數(shù)，對于設備不需要的操作函數(shù)用NULL初始化； 2定義一個初始化函數(shù)，該函數(shù)應包含以下幾項工作：（1）對使用到的硬件寄存器進行初始化，包括中斷寄存器。（2）初始化與設備相關(guān)的參數(shù)(cnsh)。（3）注冊設備。 int register_chrdev(unsigne

15、d int,const char*,struct file_operations*)其中三個參數(shù)分別代表主設備號、設備名和file_operations結(jié)構(gòu)變量的地址。（4）注冊設備使用的中斷。注冊中斷使用的函數(shù)。（5）其他的一些初始化工作，比如給設備分配I/O，申請DMA通道等。 3將設備驅(qū)動加到Linux內(nèi)核中 4將設備驅(qū)動編譯成驅(qū)動模塊 共二十二頁主要(zhyo)內(nèi)容1324Bootloader引導(yndo)程序 Linux的移植 驅(qū)動程序開發(fā) 應用程序開發(fā) 共二十二頁 應用程序的開發(fā)(kif)步驟 開發(fā)Linux應用程序一般分為以下幾個步驟(bzhu)：編寫程序編寫Makefile文

16、件編譯程序運行程序?qū)⑸傻目蓤?zhí)行文件加入文件系統(tǒng)。 如果應用程序的運行需要某些驅(qū)動程序，先將驅(qū)動程序掛接到文件系統(tǒng)中。 共二十二頁 舉例：hello應用程序的開發(fā)(kif)和運行 1. 編寫Hello程序編寫hello.c文件，保存在hello目錄下。代碼如下(rxi)所示：#include #include int main(int argc, char *argv) printf(Hello Reader,Congradulations!n); return(0); 2. 編寫Makefile文件，內(nèi)容如下：CC = /opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-

17、linux-gccCFLAGS = -I/linux2410/kernel/include -Wall -Wstrict-prototypes -Wno-trigraphs -Os -mapcs -fno-strict-aliasing -fno-common -fno-common -pipe -mapcs-32 hello: hello.c$(CC) $(CFLAGS) -o hello hello.cclean:-rm -f *.o3. 編譯 進入hello目錄，使用命令make進行編譯。4. 運行 ./hello 共二十二頁內(nèi)容摘要第 7 章 嵌入式Linux軟件設計。將kernel映像和根