基于Linux的嵌入式軟件開發(fā)2023/2/61內(nèi)容提要:3.1嵌入式軟件結(jié)構(gòu)3.2嵌入式軟件開發(fā)流程3.3嵌入式linux開發(fā)環(huán)境3.4嵌入式系統(tǒng)引導(dǎo)代碼3.5linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)及移植3.6嵌入式文件系統(tǒng)及移植3.7linux設(shè)備驅(qū)動概述3.8設(shè)備驅(qū)動程序接口3.9linux設(shè)備驅(qū)動開發(fā)流程2023/2/623.1嵌入式軟件結(jié)構(gòu)3.1.1嵌入式軟件體系結(jié)構(gòu)3.1.2基于Linux的嵌入式軟件2023/2/633.1.1嵌入式軟件體系結(jié)構(gòu)2023/2/641.設(shè)備驅(qū)動層設(shè)備驅(qū)動層是嵌入式系統(tǒng)中必不可少的重要部分，使用任何外部設(shè)備都需要有相應(yīng)驅(qū)動程序的支持，它為上層軟件提供了設(shè)備的操作接口。上層軟件不用理會設(shè)備的具體內(nèi)部操作，只需調(diào)用驅(qū)動層程序提供的接口即可。驅(qū)動層一般包括硬件抽象層HAL、板級支持包BSP和設(shè)備驅(qū)動程序。2023/2/652.實時操作系統(tǒng)RTOS對于使用操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)而言，操作系統(tǒng)一般以內(nèi)核映像的形式下載到目標系統(tǒng)中。以Linux為例，在系統(tǒng)開發(fā)完成之后，將整個操作系統(tǒng)部分做成內(nèi)核映像文件，與文件系統(tǒng)一起傳送到目標系統(tǒng)中；然后通過BootLoader指定地址運行Linux內(nèi)核，啟動已經(jīng)下載好的嵌入式Linux系統(tǒng)；再通過操作系統(tǒng)解開文件系統(tǒng)，運行應(yīng)用程序。整個嵌入式系統(tǒng)與通用操作系統(tǒng)類似，功能比不帶有操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)強大了很多。2023/2/663.中間件層中間件（middleware）是基礎(chǔ)軟件的一大類，屬于可復(fù)用軟件的范疇。顧名思義，中間件處于操作系統(tǒng)軟件與用戶的應(yīng)用軟件的中間。中間件在操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫之上，應(yīng)用軟件的下層，總的作用是為處于自己上層的應(yīng)用軟件提供運行與開發(fā)的環(huán)境，幫助用戶靈活、高效地開發(fā)和集成復(fù)雜的應(yīng)用軟件。2023/2/674.應(yīng)用程序?qū)嶋H的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件建立在系統(tǒng)的主任務(wù)(MainTask)基礎(chǔ)之上。用戶應(yīng)用程序主要通過調(diào)用系統(tǒng)的API函數(shù)對系統(tǒng)進行操作，完成用戶應(yīng)用功能開發(fā)。在用戶的應(yīng)用程序中，也可創(chuàng)建用戶自己的任務(wù)。任務(wù)之間的協(xié)調(diào)主要依賴于系統(tǒng)的消息隊。2023/2/683.1.2基于Linux的嵌入式軟件基于嵌入式Linux的軟件結(jié)構(gòu)如圖所示，在硬件之上的是引導(dǎo)程序BootLoader,然后是Linux內(nèi)核，最上層是應(yīng)用程序。2023/2/691.BootLoader引導(dǎo)裝載程序通常是在任何硬件上執(zhí)行的第一段代碼。在象臺式機這樣的常規(guī)系統(tǒng)中，通常將引導(dǎo)裝載程序裝入主引導(dǎo)記錄（MasterBootRecord，(MBR)）中，或者裝入Linux駐留的磁盤的第一個扇區(qū)中。通常，在臺式機或其它系統(tǒng)上，BIOS將控制移交給引導(dǎo)裝載程序。而在嵌入式系統(tǒng)中，通常并沒有像BIOS那樣的固件程序，因此整個系統(tǒng)的加載啟動任務(wù)就完全由BootLoader來完成。通過這段小程序，我們可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(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。常見的BootLoader有uboot、vivi等。引導(dǎo)程序的開發(fā)主要是做一些移植工作。2023/2/6102.內(nèi)核Linux內(nèi)核的開發(fā)主要包括Linux內(nèi)核的定制、裁剪等工作。在嵌入式開發(fā)中經(jīng)常要面對設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)，嵌入式系統(tǒng)通常有許多設(shè)備用于與用戶交互，象觸摸屏、小鍵盤、滾動輪、傳感器、RS232接口、LCD等等。除了這些設(shè)備外，還有許多其它專用設(shè)備，包括閃存、USB、GSM等。內(nèi)核通過所有這些設(shè)備各自的設(shè)備驅(qū)動程序來控制它們，包括GUI用戶應(yīng)用程序也通過訪問這些驅(qū)動程序來訪問設(shè)備。2023/2/6113.應(yīng)用程序?qū)τ谇度胧絃inux的應(yīng)用，大多數(shù)的應(yīng)用并不需要圖形界面，比如交換機、路由器、嵌入式網(wǎng)關(guān)以及服務(wù)器等等。但是，隨著消費類電子的普及，越來越多的嵌入式產(chǎn)品如多媒體播放、手機等手持設(shè)備需要圖形用戶界面（或稱GUI）的支持。因此基于GUI的應(yīng)用程序的開發(fā)越來越重要。目前比較流行的GUI平臺有Qt／Embedded、緊縮的XWindows系統(tǒng)、MicroWindows以及MiniGUI系統(tǒng)。2023/2/6123.2嵌入式軟件開發(fā)流程3.2.1嵌入式Linux設(shè)計概述3.2.2基于開發(fā)板的二次開發(fā)3.2.3基于linux的嵌入式軟件開發(fā)流程2023/2/6133.2.1嵌入式Linux設(shè)計概述2023/2/614嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)采用一種交叉編譯調(diào)試的方式。交叉編譯調(diào)試環(huán)境建立在宿主機（即一臺PC機）上，對應(yīng)的開發(fā)平臺叫做目標板。運行Linux的PC(宿主機)開發(fā)時使用宿主機上的交叉編譯、匯編及連接工具形成可執(zhí)行的二進制代碼，（這種可執(zhí)行代碼并不能在宿主機上執(zhí)行，而只能在目標板上執(zhí)行。）然后把可執(zhí)行文件下載到目標機上運行。2023/2/615宿主機（host）是編輯和編譯程序的平臺，一般是基于X86的PC機，通常也稱為主機。而目標機（target）是用戶開發(fā)的系統(tǒng)，通常都是非X86平臺。Host編譯得到的可執(zhí)行代碼在target上運行。2023/2/6163.2.2基于開發(fā)板的二次開發(fā)所謂二次開發(fā)是利用現(xiàn)成的開發(fā)板進行開發(fā)，不同于通用計算機和工作站上的軟件開發(fā)工程，一個嵌入式軟件的開發(fā)過程具有很多特點和不確定性。其中最重要的一點是軟件跟硬件的緊密耦合特性。由于嵌入式系統(tǒng)的靈活性和多樣性，這樣就給軟件設(shè)計人員帶來了極大地困難。第一，在軟件設(shè)計過程中過多地考慮硬件，給開發(fā)和調(diào)試都帶來了很多不便；第二，如果所有的軟件工作都需要在硬件平臺就緒之后進行，自然就延長了整個的系統(tǒng)開發(fā)周期。這些都是應(yīng)該從方法上加以改進和避免的問題。為了解決這個問題，通常的做法是基于某種開發(fā)板做二次開發(fā)，從這個角度看，硬件開發(fā)所占的比重不到20%，而軟件開發(fā)的比重占到了80%。2023/2/6173.2.3基于linux的嵌入式軟件開發(fā)流程1.建立開發(fā)環(huán)境。2.配置開發(fā)主機。3.建立引導(dǎo)裝載程序BOOTLOADER。4.移植Linux操作系統(tǒng)5.建立根文件系統(tǒng)6.建立應(yīng)用程序的文件系統(tǒng)7.開發(fā)應(yīng)用程序8.燒寫內(nèi)核、根文件系統(tǒng)、應(yīng)用程序。9.發(fā)布產(chǎn)品。2023/2/618根文件系統(tǒng)：Linux系統(tǒng)運行所需的一些文件、命令組成的整個文件目錄結(jié)構(gòu)。文件系統(tǒng)：用來方便管理文件存儲和數(shù)據(jù)組織的一種方法。2023/2/6193.3嵌入式linux開發(fā)環(huán)境3.3.1ARM處理器硬件開發(fā)平臺3.3.2建立嵌入式交叉編譯環(huán)境3.3.3配置開發(fā)環(huán)境2023/2/6203.3.1ARM處理器硬件開發(fā)平臺2023/2/621UP-CUP6410具有良好的外部存儲器結(jié)構(gòu)。存儲系統(tǒng)擁有兩個外部存儲器接口、DRAM和Flash/ROM。DRAM的端口可支持移動DDR。UP-CUP6410包括許多硬件外設(shè)，如相機接口、16位真彩液晶LCD控制器、系統(tǒng)管理（電源管理等）、4通道UART接口、32通道DMA、5通道32位定時器與2PWM輸出、通用I/O端口、I2S接口、總線接口、I2C總線接口、USB主機、高速USB接口OTG設(shè)備（480Mbps的傳輸速度）、3通道SD/MMC記憶主機控制器和的PLL時鐘發(fā)生器。ARM子系統(tǒng)是基于的ARM1176JZF-S核心。其包括獨立的16KB指令和16KB數(shù)據(jù)高速緩存，16KB指令和16KB數(shù)據(jù)TCM(Terminal-to-ComputerMultiplexer終端設(shè)備至計算機多路轉(zhuǎn)接器)。它還含有一個完整的MMU進行處理虛擬內(nèi)存管理。2023/2/622UP-CUP6410平臺可運行Linux2.4.x和Linux2.6.x內(nèi)核，支持QT/E、miniGUI等嵌入式圖形界面。集成了USB、SD、LCD、Camera等常用設(shè)備接口，適用于各種手持設(shè)備、消費電子和工業(yè)控制設(shè)備等產(chǎn)品的開發(fā)。2023/2/6233.3.2建立嵌入式交叉編譯環(huán)境嵌入式LINUX開發(fā)環(huán)境有幾個方案：1.基于PC機WINDOWS操作系統(tǒng)下的CYGWIN；2.在WINDOWS下安裝虛擬機后，再在虛擬機中安裝LINXUX操作系統(tǒng)；3.直接安裝LINUX操作系統(tǒng)。2023/2/6243.3.3配置開發(fā)環(huán)境1.NFS服務(wù)2.minicom設(shè)置2023/2/6251.NFS服務(wù)NFS是NetworkFileSystem的簡稱，也就是網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)的意思，NFS可以使不同的計算機之間通過網(wǎng)絡(luò)進行文件共享的一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，一般用于Linux網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。實際上，一臺NFS服務(wù)器就如同一臺文件服務(wù)器，只要將文件系統(tǒng)共享出來，NFS客戶端就可以將它掛載到本地系統(tǒng)中，從而可以像使用本地文件系統(tǒng)中的文件一樣使用那些遠程文件系統(tǒng)中的文件2023/2/626使用NFS進行嵌入式開發(fā)配置試驗箱開發(fā)板IP是0，假設(shè)PC虛擬機上IP為12023/2/6271。如果機器上沒安裝nfsserver，先執(zhí)行如下命令安裝：$sudoapt-getinstallnfs-kernel-server2。配置/etc/exports比如要將home目錄中的/home/unsp/develop目錄讓0的IP共享,則在該文件末尾添加下列語句：/home/unsp/develop0(rw,sync,no_root_squash)3.配置/etc/hosts.deny（禁止任何host（主機）能和你的NFS服務(wù)器進行NFS連接)，加入：2023/2/628###NFSDAEMONSportmap:ALLlockd:ALLmountd:ALLrquotad:ALLstatd:ALL2023/2/6294.配置/etc/hosts.allow允許那些你想要的主機和你的NFS服務(wù)器建立連接。下列步驟將允許任何IP地址以192.168.1開頭的主機（連接到NFS服務(wù)器上），加入：###NFSDAEMONSportmap:192.168.1.lockd:192.168.1.rquotad:192.168.1.mountd:192.168.1.statd:.重啟NFS服務(wù)sudo/etc/init.d/portmaprestartsudo/etc/init.d/nfs-kernel-serverrestart2023/2/6306。在板子上執(zhí)行如下命令，掛載PC上的目錄(假設(shè)你的IP是21)到板子的／mnt目錄：mount-onolock-tnfs1:/home/unsp/develop//mnt這樣你就可以在PC上/home/unsp/develop目錄進行交叉編譯，在板子/mnt目錄上運行編譯好的程序看效果了。2023/2/631一點說明：鑒于開發(fā)板網(wǎng)絡(luò)可能不太穩(wěn)定，建議將/mnt下程序拷貝到開發(fā)板其他本地目錄下運行。2023/2/6323.minicom設(shè)置(1)在Linux平臺的Xwindow界面下建立一個終端,在終端的命令行提示符后鍵入如下命令并回車。[root@JLUZHroot]#minicom2023/2/6332023/2/634（2）minicom啟動后，先按Ctrl＋A鍵，再按Z鍵（注意不是連續(xù)按，Ctrl+A松開后才按Z），進入主配置界面，

2023/2/635按”O(jiān)”進入配置界面2023/2/636選擇Serialportsetup，進入端口設(shè)置界面，這里有幾個重要選項改為如下值：A——SerialDevice：/dev/ttyS0（端口號使用串口1）E——BPS/par/bits：/1152008N1（波特率）F，E硬件流，軟件流都改為NO，若要使用PC機的串口2來接板子的串口1做監(jiān)控，改為：/dev/ttyS1即可。2023/2/6372023/2/638(3)選好后按ESC鍵退出到配置界面，選擇Savesetupasdf1保存退出，以后只要啟動minicom就是該配置，無需再做改動。2023/2/639Windows下超級終端設(shè)置臺式機操作演示2023/2/640ubuntu10.04下的配置tftp服務(wù)器第1步：

安裝tftp所需的軟件。首先需要安裝tftp-hpa，tftpd-hpa，前者是客戶端，后者是服務(wù)程序,在終端下輸入sudoapt-getinstalltftp-hpatftpd-hpa，安裝tftp-hpa和tftpd-hpa。然后還需要安裝xinetd，在終端下輸入sudoapt-getinstallxinetd，安裝好xinetd。2023/2/641第2步：

配置相關(guān)服務(wù)文件。進入根目錄下的etc文件夾（cd/etc/），首先看目錄中有沒有一個xinetd.conf文件，如果沒有則新建一個，有的話查看內(nèi)容，看是否與下面的一致，若不一致則修改，內(nèi)容如下:

#Simpleconfigurationfileforxinetd

#

#Somedefaults,andinclude/etc/xinetd.d/

defaults

{

#Pleasenotethatyouneedalog_typelinetobeabletouselog_on_success

ont-size:12pt;">#log_type=SYSLOGdaemoninfo

}

includedir/etc/xinetd.d

2023/2/642第3步：

配置tftp服務(wù)器

命令：

sudovim/etc/default/tftpd-hpa

將內(nèi)容修改成

#/etc/default/tftpd-hpa

TFTP_USERNAME="tftp"

TFTP_DIRECTORY="/tftpboot"

#這是你tftp服務(wù)器的工作目錄，自行修改，注意，在新建工作目錄時，最好修改其權(quán)限為777，命令sudochmod777

/tftpboot

TFTP_ADDRESS=":69"

TFTP_OPTIONS="-l-c-s"

2023/2/643第4步：

然后進入xinetd.d文件夾（cdxinetd.d），查看是否有一個tftp文件，如果沒有就新建一個，如果有的話就查看內(nèi)容是否與下面的一致，不一致則修改，內(nèi)容如下：

servicetftp

{

socket_type=dgram

wait=yes

disable=no

user=root

protocol=udp

server=/usr/sbin/in.tftpd

server_args=-s/tftpboot

#log_on_success+=PIDHOSTDURATION

#log_on_failure+=HOST

per_source=11

cps=1002

flags=IPv4

}

其中server_args一行是配置服務(wù)器的文件存放的位置，就是進行tftp傳輸?shù)臅r候，都是從該文件夾中搜索文件的2023/2/644第5步：

修改所需文件夾的權(quán)限。需要修改的文件夾也就是上一步提到的那個服務(wù)器文件存放的文件夾，以我的配置文件為例，創(chuàng)建一個文件夾（sudomkdir/tftpboot），然后把它可以設(shè)置成訪問權(quán)限最寬松的（sudochmod777/tftpboot），也可以設(shè)置成合適的權(quán)限。

第6步：

重新啟動服務(wù)。sudoservicetftpd-hparestart，當配置好tftp的配置文件后，需要重新啟動一下xinetd，在終端中輸入sudo/etc/init.d/xinetdreload，重新加載一下進程，再輸入sudo/etc/init.d/xinetdrestart，重啟服務(wù)。記住，每次修改完配置文件后，都需要重新啟動一下服務(wù)。

執(zhí)行次序：

sudoservicetftpd-hparestart

sudo/etc/init.d/xinetdreload

sudo/etc/init.d/xinetdrestart2023/2/645測試首先在/tftpboot中新建一個文件file，然后在其中隨便輸入內(nèi)容；然后進入一個不是/tftpboot的目錄下（原因是避免混淆，因為在獲取文件是，默認是將想要獲取的文件存放在當前目錄下的）；再在終端中輸入sudotftplocalhost，進入tftp命令符下（可以在其中輸入help查看命令和命令的作用），輸入getfile，如果沒有任何提示，就說明傳輸成功了，然后輸入q退出tftp命令符，在當前目錄下就可以看到一個file文件，內(nèi)容是與開始新建的那個file的內(nèi)容是一致的。同樣也可以在tftp命令符中輸入putxx，把xx文件上傳到服務(wù)器文件夾中。如果一切ok，那就么一個可用的tftp服務(wù)器就順利搭建成功了。2023/2/6463.4嵌入式系統(tǒng)引導(dǎo)代碼3.4.1Bootloader簡介3.4.2常用的bootloader3.4.3Bootloader基本原理3.4.4Bootloader移植實例一：U_Boot3.4.5Bootloader移植實例二：vivi2023/2/6473.4.1Bootloader簡介1.Bootloader的作用2.bootloader操作模式2023/2/6481.Bootloader的作用BootLoader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行的一段小程序。通過這段小程序，我們可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(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。2023/2/6492.bootloader操作模式大多數(shù)BootLoader都包含兩種不同的操作模式：“啟動加載”模式和“下載”模式，這種區(qū)別僅對于開發(fā)人員才有意義。但從最終用戶的角度看，BootLoader的作用就是用來加載操作系統(tǒng)，而并不存在所謂的啟動加載模式與下載工作模式的區(qū)別。2023/2/650啟動加載（Bootloading）模式：這種模式也稱為“自主”（Autonomous）模式。也即BootLoader從目標機上的某個固態(tài)存儲設(shè)備上將操作系統(tǒng)加載到RAM中運行，整個過程并沒有用戶的介入。這種模式是BootLoader的正常工作模式，因此在嵌入式產(chǎn)品發(fā)布的時侯，BootLoader顯然必須工作在這種模式下。下載（Downloading）模式：在這種模式下，目標機上的BootLoader將通過串口連接或網(wǎng)絡(luò)連接等通信手段從主機（Host）下載文件到目標機的RAM中，然后再被BootLoader寫到目標機上的FLASH類固態(tài)存儲設(shè)備中.工作于這種模式下的BootLoader通常都會向它的終端用戶提供一個簡單的命令行接口。因此產(chǎn)品開發(fā)時通常使用這種模式。2023/2/6513.4.2常用的bootloader1.ARMBootArmboot是一個bootloader,是為基于ARM或者StrongARMCPU的嵌入式系統(tǒng)所設(shè)計的。它支持多種類型的Flash；允許映像文件經(jīng)由bootp、、tftp從網(wǎng)絡(luò)傳輸；支持從串口線下載S-record或者binary文件；允許內(nèi)存的顯示及修改；支持jffs2文件系統(tǒng)等。Armboot源碼公開，可以在/projects/armboot下載。2023/2/6522.PPCBootPPCBoot是德國DENX小組開發(fā)的用于多種嵌入式CPU的Bootloader引導(dǎo)程序，主要由德國的工程師WolfgangDenk和Intemet上的一群自由開發(fā)人員對其進行維護和開發(fā)。支持PowerPC、ARM、MIPS、m68K等多種處理器平臺，易于裁剪和調(diào)試。PPCBoot遵循GPL(通用公共許可)公約，完全開放源代碼。PPCBoot源代碼可以在sourceforge網(wǎng)站的社區(qū)服務(wù)器中獲得，它的項目主頁是http：///projects/ppcboot，也可以從DENX的網(wǎng)站htrp：//www.denx.de下載。2023/2/6533.U-Bootu-boot是sourceforge網(wǎng)站上的一個開放源代碼的項目。它可對powerpc、MPC5xx、MPC8xx、MPC82xx、MPC7xx、MPC74xx、ARM（ARM7、ARM9、StrongARM、Xscale）、MIPS、X86等處理器提供支持，支持的嵌入式操作系統(tǒng)有l(wèi)inux、Vx-work、NetBSD、QNX、RTEMS、ARTOS、LynxOS等，主要用來開發(fā)嵌入式系統(tǒng)初始化代碼bootloader。軟件的主站點是/projects/u-boot。u-boot最初是由PPCboot發(fā)展而來的，它對PowerPC系列處理器的支持最完善，對linux操作系統(tǒng)的支持最好。源代碼開放的u-boot軟件項目經(jīng)常更新，是學(xué)習(xí)硬件底層代碼開發(fā)的很好樣例。目前已成為Armboot和PPCboot的替代品。2023/2/6544.RedBootRedBoot是一個專門為嵌入式系統(tǒng)定制的開發(fā)工具，最初由Redhat開發(fā)，是嵌入式操作系統(tǒng)eCos的一個最小版本，現(xiàn)在交由自由軟件組織FSF管理，遵循GPL的發(fā)布協(xié)議。集Bootloader、調(diào)試、Flash燒寫于一體。支持串口、網(wǎng)絡(luò)下載，執(zhí)行嵌入式應(yīng)用程序。既可以用在產(chǎn)品的開發(fā)階段（調(diào)試功能），也可以用在最終的產(chǎn)品上（Flash更新、網(wǎng)絡(luò)啟動）。2023/2/6555.BlobBlob是BootLoaderObject的縮寫，是一款功能強大的Bootloader。它遵循GPL，源泉代碼完全開放。Blob既可以用來簡單的調(diào)試，也可以啟動Linuxkernel。Blob最初是Jan-DerkBakker和ErikMouw為一塊名為LART（LinuxAdvancedRadioTerminal)的板子寫的，該板使用的處理器是StrongARMSA-1100。現(xiàn)在Blob已經(jīng)被移植到了很多CPU上，包括S3C44B0。2023/2/6566.ViViVivi是韓國mizi公司開發(fā)的bootloader,適用于ARM9處理器。Vivi有兩種工作模式：啟動加載模式和下載模式。啟動加載模式可以在一段時間后（這個時間可更改）自行啟動linux內(nèi)核，這時vivi的默認模式。在下載模式下，vivi為用戶提供一個命令行接口，通過接口可以使用vivi提供的一些命令。2023/2/6573.4.3Bootloader基本原理同時裝有BootLoader、內(nèi)核的啟動參數(shù)、內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像的固態(tài)存儲設(shè)備的典型空間分配結(jié)構(gòu)圖。2023/2/658在嵌入式世界里建立一個通用的BootLoader幾乎是不可能的。盡管如此，我們?nèi)匀豢梢詫ootLoader歸納出一些通用的概念來，以指導(dǎo)用戶特定的BootLoader設(shè)計與實現(xiàn)。大多數(shù)BootLoader都分為stage1和stage2兩大部分。依賴于CPU體系結(jié)構(gòu)的代碼，比如設(shè)備初始化代碼等，通常都放在stage1中，而且通常都用匯編語言來實現(xiàn)，以達到短小精悍的目的。而stage2則通常用C語言來實現(xiàn)，這樣可以實現(xiàn)給復(fù)雜的功能，而且代碼會具有更好的可讀性和可移植性。2023/2/659stage1BootLoader的stage1通常包括以下步驟(以執(zhí)行的先后順序)：硬件設(shè)備初始化。為加載BootLoader的stage2準備RAM空間?？截怋ootLoader的stage2到RAM空間中。設(shè)置好堆棧。跳轉(zhuǎn)到stage2的C入口點。2023/2/660stage2BootLoader的stage2通常包括以下步驟(以執(zhí)行的先后順序)：初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備。檢測系統(tǒng)內(nèi)存映射(memorymap)。將kernel映像和根文件系統(tǒng)映像從flash上讀到RAM空間中。為內(nèi)核設(shè)置啟動參數(shù)。調(diào)用內(nèi)核。2023/2/661第一階段：BootLoader的stage11.基本的硬件初始化這是BootLoader一開始就執(zhí)行的操作，其目的是為stage2的執(zhí)行以及隨后的kernel的執(zhí)行準備好一些基本的硬件環(huán)境。它通常包括以下步驟（以執(zhí)行的先后順序）：(1)屏蔽所有的中斷。為中斷提供服務(wù)通常是OS設(shè)備驅(qū)動程序的責任，因此在BootLoader的執(zhí)行全過程中可以不必響應(yīng)任何中斷。中斷屏蔽可以通過寫CPU的中斷屏蔽寄存器或狀態(tài)寄存器（比如ARM的CPSR寄存器）來完成。(2)設(shè)置CPU的速度和時鐘頻率。2023/2/662(3)RAM初始化。包括正確地設(shè)置系統(tǒng)的內(nèi)存控制器的功能寄存器以及各內(nèi)存控制寄存器等。(4)初始化LED。典型地，通過GPIO來驅(qū)動LED，其目的是表明系統(tǒng)的狀態(tài)是OK還是Error。如果板子上沒有LED，那么也可以通過初始化UART向串口打印BootLoader的Logo字符信息來完成這一點。(5)關(guān)閉CPU內(nèi)部指令／數(shù)據(jù)cache。2023/2/6632.為加載stage2準備RAM空間為了后面的敘述方便，這里把所安排的RAM空間范圍的大小記為：stage2_size(字節(jié))，把起始地址和終止地址分別記為：stage2_start和stage2_end(這兩個地址均以4字節(jié)邊界對齊)。因此：

stage2_end＝stage2_start＋stage2_size另外，還必須確保所安排的地址范圍的的確確是可讀寫的RAM空間，因此，必須對你所安排的地址范圍進行測試。2023/2/6643.拷貝stage2到RAM中拷貝時要確定兩點：(1)stage2的可執(zhí)行映象在固態(tài)存儲設(shè)備的存放起始地址和終止地址；(2)RAM空間的起始地址。2023/2/6654.設(shè)置堆棧指針sp堆棧指針的設(shè)置是為了執(zhí)行C語言代碼作好準備。通常我們可以把sp的值設(shè)置為(stage2_end-4)，也即在上面所安排的那個1MB的RAM空間的最頂端(堆棧向下生長)。此外，在設(shè)置堆棧指針sp之前，也可以關(guān)閉led燈，以提示用戶我們準備跳轉(zhuǎn)到stage2。經(jīng)過上述這些執(zhí)行步驟后，系統(tǒng)的物理內(nèi)存布局應(yīng)該如下圖2023/2/6662023/2/6675.跳轉(zhuǎn)到stage2的C入口點在上述一切都就緒后，就可以跳轉(zhuǎn)到BootLoader的stage2去執(zhí)行了。比如，在ARM系統(tǒng)中，這可以通過修改PC寄存器為合適的地址來實現(xiàn)。2023/2/668第二階段：BootLoader的stage21.初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備這通常包括：（1）初始化至少一個串口，以便和終端用戶進行I/O輸出信息；（2）初始化計時器等。在初始化這些設(shè)備之前，也可以重新把LED燈點亮，以表明我們已經(jīng)進入main()函數(shù)執(zhí)行。設(shè)備初始化完成后，可以輸出一些打印信息，程序名字字符串、版本號等。2023/2/6692.檢測系統(tǒng)的內(nèi)存映射（memorymap）所謂內(nèi)存映射就是指在整個4GB物理地址空間中有哪些地址范圍被分配用來尋址系統(tǒng)的RAM單元。比如，在SA-1100CPU中，從0xC000,0000開始的512M地址空間被用作系統(tǒng)的RAM地址空間，而在SamsungS3C44B0XCPU中，從0x0c00,0000到0x1000,0000之間的64M地址空間被用作系統(tǒng)的RAM地址空間。雖然CPU通常預(yù)留出一大段足夠的地址空間給系統(tǒng)RAM，但是在搭建具體的嵌入式系統(tǒng)時卻不一定會實現(xiàn)CPU預(yù)留的全部RAM地址空間。2023/2/6703.加載內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像(1)規(guī)劃內(nèi)存占用的布局這里包括兩個方面：內(nèi)核映像所占用的內(nèi)存范圍；根文件系統(tǒng)所占用的內(nèi)存范圍。在規(guī)劃內(nèi)存占用的布局時，主要考慮基地址和映像的大小兩個方面。（2）從Flash上拷貝由于像ARM這樣的嵌入式CPU通常都是在統(tǒng)一的內(nèi)存地址空間中尋址Flash等固態(tài)存儲設(shè)備的，因此從Flash上讀取數(shù)據(jù)與從RAM單元中讀取數(shù)據(jù)并沒有什么不同。2023/2/671用一個簡單的循環(huán)就可以完成從Flash設(shè)備上拷貝映像的工作：while(count){

*dest++=*src++;/*都是以字方式對齊*/

count-=4;/*字節(jié)數(shù)*/

};2023/2/6724.設(shè)置內(nèi)核的啟動參數(shù)應(yīng)該說，在將內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像拷貝到RAM空間中后，就可以準備啟動Linux內(nèi)核了。但是在調(diào)用內(nèi)核之前，應(yīng)該作一步準備工作，即：設(shè)置Linux內(nèi)核的啟動參數(shù)。2023/2/6735.調(diào)用內(nèi)核BootLoader調(diào)用Linux內(nèi)核的方法是直接跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的第一條指令處，也即直接跳轉(zhuǎn)到MEM_START＋0x8000地址處。2023/2/6743.4.4Bootloader移植實例一：U_Boot1.U-Boot概述U-Boot可支持的主要功能如下。系統(tǒng)引導(dǎo)：支持NFS掛載、RAMDISK(壓縮或非壓縮)形式的根文件系統(tǒng)。支持NFS掛載，并從FLASH中引導(dǎo)壓縮或非壓縮系統(tǒng)內(nèi)核?；据o助功能：強大的操作系統(tǒng)接口功能；可靈活設(shè)置、傳遞多個關(guān)鍵參數(shù)給操作系統(tǒng)，適合系統(tǒng)在不同開發(fā)階段的調(diào)試要求與產(chǎn)品發(fā)布，尤其對Linux支持最為強勁；支持目標板環(huán)境參數(shù)多種存儲方式，如FLASH、NVRAM、EEPROM；CRC32校驗，可校驗FLASH中內(nèi)核、RAMDISK鏡像文件是否完好。設(shè)備驅(qū)動:串口、SDRAM、FLASH、以太網(wǎng)、LCD、NVRAM、EEPROM、鍵盤、USB、PCMCIA、PCI、RTC等驅(qū)動支持。上電自檢功能：SDRAM、FLASH大小自動檢測；SDRAM故障檢測；CPU型號。特殊功能：XIP內(nèi)核引導(dǎo)。2023/2/675U-Boot源代碼分析1第一階段（Stage1）第一階段的啟動代碼在cpu\<cputype>\start.S中，完成的工作主要有：CPU自身初始化：包括MMU，Cache，時鐘系統(tǒng)，SDRAM控制器等的初始化重定位：把自己從非易失性存儲器搬移到RAM中分配堆?？臻g，設(shè)置堆棧指針清零BSS數(shù)據(jù)段跳轉(zhuǎn)到第二階段入口函數(shù)start_armboot()2023/2/6762第二階段（Stage2）第二階段是U-Boot的主體，入口點是lib_arm\board.c中的start_armboot()函數(shù)，完成的主要工作包括：為U-Boot內(nèi)部私有數(shù)據(jù)分配存儲空間，并清零依次調(diào)用函數(shù)指針數(shù)組init_sequence中定義的函數(shù)進行一系列的初始化如果系統(tǒng)支持NORFlash，調(diào)用flash_init()和display_flash_config()初始化并顯示檢測到的器件信息（AT91SAM9260EK不需要）如果系統(tǒng)支持LCD或VFD，調(diào)用lcd_setmem()或vfd_setmem()計算幀緩沖(Framebuffer)大小，然后在BSS數(shù)據(jù)段之后為Framebuffer分配空間,初始化gd->fb_base為Framebuffer的起始地址（AT91SAM9260EK不需要）調(diào)用mem_malloc_init()進行存儲分配系統(tǒng)（類似于C語言中的堆）的初始化和空間分配2023/2/677如果系統(tǒng)支持NANDFlash，調(diào)用nand_init()進行初始化如果系統(tǒng)支持DataFlash，調(diào)用AT91F_DataflashInit()和dataflash_print_info()進行初始化并顯示檢測到的器件信息調(diào)用env_relocate()進行環(huán)境變量的重定位，即從Flash中搬移到RAM中如果系統(tǒng)支持VFD，調(diào)用drv_vfd_init()進行VFD設(shè)備初始化（AT91SAM9260EK不需要）從環(huán)境變量中讀取IP地址和MAC地址，初始化gd->bd->bi_ip_addr和gd->bd->bi_enetaddr調(diào)用jumptable_init()進行跳轉(zhuǎn)表初始化，跳轉(zhuǎn)表在global_data中，具體用途尚不清楚2023/2/678調(diào)用console_init_r()進行控制臺初始化如果需要，調(diào)用misc_init_r()進行雜項初始化調(diào)用enable_interrupts()打開中斷如果需要，調(diào)用board_late_init()進行單板后期初始化，對于AT91SAM9260EK，主要是以太網(wǎng)初始化進入主循環(huán)：根據(jù)用戶的選擇啟動linux，或者進入命令循環(huán)執(zhí)行用戶輸入的命令2023/2/6792.源碼閱讀從網(wǎng)站上下載得到U-Boot源碼包，例如：U-Boot-1.1.6.tar.bz2,解壓就可以得到全部U-Boot源程序。在頂層目錄下有18個子目錄，分別存放和管理不同的源程序。這些目錄中所要存放的文件有其規(guī)則，可以分為3類?！?/p>

第1類目錄與處理器體系結(jié)構(gòu)或者開發(fā)板硬件直接相關(guān)；·

第2類目錄是一些通用的函數(shù)或者驅(qū)動程序；·

第3類目錄是U-Boot的應(yīng)用程序、工具或者文檔。2023/2/6802023/2/681Board目錄：存放和一些已有開發(fā)板有關(guān)的文件，比如Makefile和U-Boot.lds等都和具體開發(fā)板的硬件和地址分配有關(guān)，Common目錄：存放與體系結(jié)構(gòu)無關(guān)的文件，實現(xiàn)各種命令的C文件。Cpu目錄：存放CPU相關(guān)文件，其中的子目錄都是以U-BOOT所支持的CPU為名，比如有子目錄arm926ejs、mips、mpc8260和nios等，每個特定的子目錄中都包括cpu.c和interrupt.c，start.S。其中cpu.c初始化CPU、設(shè)置指令Cache和數(shù)據(jù)Cache等。interrupt.c設(shè)置系統(tǒng)的各種中斷和異常，比如快速中斷、開關(guān)中斷、時鐘中斷、軟件中斷、預(yù)取中止和未定義指令等；start.S是U-BOOT啟動時執(zhí)行的第一個文件，它主要是設(shè)置系統(tǒng)堆棧和工作方式，為進入C程序奠定基礎(chǔ)。2023/2/682Disk目錄：存放disk驅(qū)動的分區(qū)處理代碼。Doc目錄：存放開發(fā)使用的文檔。Drivers目錄：存放通用設(shè)備驅(qū)動程序，比如各種網(wǎng)卡、支持CF1的Flash、串口和USB總線等。Fs目錄：存放支持文件系統(tǒng)的文件，U-BOOT現(xiàn)在支持cramfs、fat、fdos、jffs2和目錄：存放與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的代碼，BOOTP協(xié)議、TFTP協(xié)議、RARP協(xié)議和NFS文件系統(tǒng)的實現(xiàn)。lib_arm目錄：存放與ARM體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的代碼。tools目錄：存放創(chuàng)建S-Record格式文件和U-BOOTimages的工具。Include存放：頭文件，還有對各種硬件平臺支持的匯編文件，系統(tǒng)的配置文件和對文件系統(tǒng)支持的文件。2023/2/6833.u-boot的移植（1）在頂層Makefile中為開發(fā)板添加新的配置選項（2）創(chuàng)建一個新目錄存放開發(fā)板相關(guān)的代碼，并且添加文件。（3）為開發(fā)板添加新的配置文件（4）配置開發(fā)板（5）編譯U-Boot（6）添加驅(qū)動或者功能選項（7）調(diào)試U-Boot源代碼，直到U-Boot在開發(fā)板上能夠正常啟動。2023/2/6844.燒寫U-Boot新開發(fā)的電路板沒有任何程序可以執(zhí)行，也就不能啟動，需要先將U-Boot燒寫到Flash中。多數(shù)嵌入式單板通過處理器的調(diào)試接口，直接對板上的Flash編程。最簡單方式就是通過JTAG電纜，轉(zhuǎn)接到計算機并口連接。把Bootloader下載并燒寫到Flash中。燒寫完成后，復(fù)位實驗板，串口終端應(yīng)該顯示U-Boot的啟動信息。2023/2/6853.4.5Bootloader移植實例二：vivi1.vivi概述vivi是由韓國Mizi公司開發(fā)的一種Bootloader，適合于ARM9處理器，支持S3C2410x處理器，其源代碼可以在網(wǎng)站下載。和所有的Bootloader一樣，vivi有兩種工作模式，即啟動加載模式和下載模式。當vivi處于下載模式時，它為用戶提供一個命令行接口，通過該接口能使用vivi提供的一些命令集。大多數(shù)Bootloader都分為stage1和stage2兩部分，stage2的代碼通常用C語言來實現(xiàn)，以便于實現(xiàn)更復(fù)雜的功能并取得更好的代碼可讀性和可移植性。2023/2/6862.vivi源碼導(dǎo)讀代碼基本結(jié)構(gòu)2023/2/687arch：此目錄包括了所有vivi支持的目標板的子目錄，例如s3c2410目錄。Documentation：存放一些使用VIVI的幫助文檔。drivers：其中包括了引導(dǎo)內(nèi)核需要的設(shè)備的驅(qū)動程序（MTD和串口）。MTD目錄下分map、nand和nor三個目錄。init：這個目錄只有main.c和version.c兩個文件。和普通的C程序一樣，vivi將從main函數(shù)開始執(zhí)行。2023/2/688include：頭文件的公共目錄，其中的s3c2410.h定義了這塊處理器的一些寄存器。Platform/smdk2410.h定義了與開發(fā)板相關(guān)的資源配置參數(shù)，我們往往只需要修改這個文件就可以配置目標板的參數(shù)，如波特率、引導(dǎo)參數(shù)、物理內(nèi)存映射等。lib：一些平臺公共的接口代碼，比如time.c里的udelay()和mdelay()。Scripts：存放VIVI腳本配置文件。Test：存放一些測試代碼文件。Util：存放一些NANDFlash燒寫image相關(guān)的工具實現(xiàn)代碼。2023/2/6893.vivi的移植vivi作為Linux系統(tǒng)的啟動代碼，在編譯配置時需要用到函數(shù)庫，包括交叉編譯器庫和頭文件，交叉編譯開關(guān)選項設(shè)置，還包括Linux內(nèi)核代碼中的庫和頭文件，所以，通常需要修改vivi工程管理文件Makefile。2023/2/690(1)vivi中與硬件相關(guān)的初始化(2)對不同F(xiàn)lash啟動的修改(3)內(nèi)核啟動參數(shù)設(shè)置2023/2/6913.5linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)及移植3.5.1linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)3.5.2linux的移植3.5.3修改linux內(nèi)核源碼3.5.4內(nèi)核的裁剪3.5.5內(nèi)核的編譯和下載2023/2/6923.5.1linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)2023/2/693Linux內(nèi)核可以進一步劃分成3層。最上面是系統(tǒng)調(diào)用接口，它實現(xiàn)了一些基本的功能，例如read和write。系統(tǒng)調(diào)用接口之下是內(nèi)核代碼，可以更精確地定義為獨立于體系結(jié)構(gòu)的內(nèi)核代碼。這些代碼是Linux所支持的所有處理器體系結(jié)構(gòu)所通用的。在這些代碼之下是依賴于體系結(jié)構(gòu)的代碼，構(gòu)成了通常稱為BSP（BoardSupportPackage）的部分。這些代碼用作給定體系結(jié)構(gòu)的處理器和特定于平臺的代碼。2023/2/6942.Linux內(nèi)核的主要子系統(tǒng)2023/2/695(1)進程調(diào)度(2)進程間通信(3)內(nèi)存管理(4)虛擬文件系統(tǒng)(5)網(wǎng)絡(luò)堆棧(6)設(shè)備驅(qū)動程序(7)依賴體系結(jié)構(gòu)的代碼2023/2/696(1)進程調(diào)度SCI層提供了某些機制執(zhí)行從用戶空間到內(nèi)核的函數(shù)調(diào)用。SCI實際上是一個非常有用的函數(shù)調(diào)用多路復(fù)用和多路分解服務(wù)。在./linux/kernel中您可以找到SCI的實現(xiàn)，并在./linux/arch中找到依賴于體系結(jié)構(gòu)的部分。2023/2/697(2)進程間通信支持進程間各種通信機制，包括管道、FIFO、共享內(nèi)存、信號、消息隊列、套接字等。2023/2/698(3)內(nèi)存管理內(nèi)核所管理的另外一個重要資源是內(nèi)存。為了提高效率，如果由硬件管理虛擬內(nèi)存，內(nèi)存是按照所謂的內(nèi)存頁方式進行管理的（對于大部分體系結(jié)構(gòu)來說都是4KB）。Linux包括了管理可用內(nèi)存的方式，以及物理和虛擬映射所使用的硬件機制。2023/2/699(4)虛擬文件系統(tǒng)虛擬文件系統(tǒng)（VFS）是Linux內(nèi)核中非常有用的一個方面，因為它為文件系統(tǒng)提供了一個通用的接口抽象。VFS在SCI和內(nèi)核所支持的文件系統(tǒng)之間提供了一個交換層。2023/2/6100(5)網(wǎng)絡(luò)堆棧網(wǎng)絡(luò)堆棧在設(shè)計上遵循模擬協(xié)議本身的分層體系結(jié)構(gòu)?；叵胍幌?，InternetProtocol(IP)是傳輸協(xié)議（通常稱為傳輸控制協(xié)議或TCP）下面的核心網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。TCP上面是socket層，它是通過SCI進行調(diào)用的。2023/2/6101(6)設(shè)備驅(qū)動程序Linux內(nèi)核中有大量代碼都在設(shè)備驅(qū)動程序中，它們能夠運轉(zhuǎn)特定的硬件設(shè)備。Linux源碼樹提供了一個驅(qū)動程序子目錄，這個目錄又進一步劃分為各種支持設(shè)備，例如Bluetooth、I2C、serial等。設(shè)備驅(qū)動程序的代碼可以在./linux/drivers中找到。2023/2/6102(7)依賴體系結(jié)構(gòu)的代碼盡管Linux很大程度上獨立于所運行的體系結(jié)構(gòu)，但是有些元素則必須考慮體系結(jié)構(gòu)才能正常操作并實現(xiàn)更高效率。./linux/arch子目錄定義了內(nèi)核源代碼中依賴于體系結(jié)構(gòu)的部分，其中包含了各種特定于體系結(jié)構(gòu)的子目錄（共同組成了BSP）。2023/2/61033.Linux內(nèi)核的技術(shù)特點Linux內(nèi)核最注重實用和效率：Linux內(nèi)核被設(shè)計成分層的微內(nèi)核，所以效率高，緊湊性強。Linux內(nèi)核純粹是一種被動調(diào)用服務(wù)對象。所謂被動是指Linux內(nèi)核為用戶進程服務(wù)的唯一方式是用戶進程通過系統(tǒng)調(diào)用來請求在內(nèi)核空間運行某個函數(shù)。內(nèi)核本身是一種函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的集合，不存在運行的內(nèi)核進程為用戶進程服務(wù)。雖然Linux的確存在一種被稱為內(nèi)核線程的進程，但它并不是用來服務(wù)于用戶進程的，僅僅作為系統(tǒng)自身的服務(wù)目的。2023/2/6104Linux內(nèi)核采用虛擬內(nèi)存技術(shù)，每個進程的虛擬內(nèi)存空間為4GB。其中0-3G屬于用戶空間，稱為用戶段，3G-4G屬于內(nèi)核空間，稱為內(nèi)核段。Linux最新的一個增強是可以用作其他操作系統(tǒng)的操作系統(tǒng)（稱為系統(tǒng)管理程序）。2023/2/61053.5.2linux的移植1.linux的源代碼結(jié)構(gòu)2.linux的移植2023/2/61061.linux的源代碼結(jié)構(gòu)2023/2/6107(1)linux目錄：該是源代碼的主目錄，在該主目錄中包括所有的子目錄，還含有唯一的一個Makefile文件。該文件是編譯輔助工具軟件make的參數(shù)配置文件。make工具軟件的主要用途是通過識別哪些文件已被修改過，從而自動地決定在一個含有多個源程序文件的程序系統(tǒng)中哪些文件需要被重新編譯。因此，make工具軟件是程序項目的管理軟件。linux目錄下的這個Makefile文件還嵌套地調(diào)用了所有子目錄中包含的Makefile文件。這樣，當linux目錄（包括子目錄）下的任何文件被修改過時，make都會對其進行重新編譯。因此為了編譯整個內(nèi)核所有的源代碼文件，只要在linux目錄下運行一次make軟件即可。2023/2/6108(2)arch目錄：包含和硬件體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的代碼，每種平臺占一個相應(yīng)的目錄。該目錄包含了此內(nèi)核源碼所支持的硬件體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的內(nèi)核源碼。在這個目錄下，針對不同體系結(jié)構(gòu)所移植的版本都有三個子目錄：kernel、lib和mm。kernel子目錄包含依賴于體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的一般內(nèi)核功能，如信號處理、時鐘處理等；lib子目錄包含庫函數(shù)的本地實現(xiàn)，如果從依賴于體系結(jié)構(gòu)的源碼編譯，則運行更快；mm子目錄包含存儲管理實現(xiàn)的代碼。2023/2/6109(3)block目錄：存放部分塊設(shè)備驅(qū)動程序。(4)crypto目錄：存放常用加密和散列算法（如AES、SHA等），還有一些壓縮和CRC校驗算法。(5)Documentation目錄：存放關(guān)于內(nèi)核各部分的通用解釋和注釋。(6)drivers目錄：存放設(shè)備驅(qū)動程序，每個不同的驅(qū)動占用一個子目錄，如聲卡的驅(qū)動對應(yīng)于drivers/sound。這個目錄擁有50%以上的內(nèi)核源碼，系統(tǒng)中所有的設(shè)備驅(qū)動程序都位于該目錄中。(7)fs目錄：Linux支持的文件系統(tǒng)代碼。不同的文件系統(tǒng)有不同的子目錄與之對應(yīng)。如ext、fat、ntfs等。(8)include目錄：存放頭文件，包括了內(nèi)核的大多數(shù)頭文件，另外對每種支持的體系結(jié)構(gòu)分別有一個子目錄。其中，和系統(tǒng)相關(guān)的頭文件被放置在linux子目錄下。2023/2/6110(9)init目錄：存放內(nèi)核初始化代碼（注意不是系統(tǒng)引導(dǎo)代碼）。包含了所有系統(tǒng)的初始化源碼，許多主要的文件，如main.c就位于該目錄下。該文件還包含了許多核心代碼——如實現(xiàn)fork()的代碼和最常執(zhí)行的代碼——cpuidle()循環(huán)。(10)ipc目錄：處理進程間通信的全部所需的代碼都放在該目錄下。(11)kernel目錄：內(nèi)核的最核心部分，許多最常調(diào)用的內(nèi)核函數(shù)放在該目錄下。包括調(diào)度器fork()和timer.c等，和平臺相關(guān)的一部分代碼放在arch/*/kernel目錄下。(12)lib目錄：存放庫文件代碼。該目錄放置內(nèi)核其他部分經(jīng)常所需要的代碼，如inflate.c就放在這里，它能夠在引導(dǎo)時解壓內(nèi)核并裝入內(nèi)存。與處理器結(jié)構(gòu)相關(guān)的庫代碼放在arch/*/lib目錄下。2023/2/6111(13)mm目錄：包含了所有Linux實現(xiàn)虛擬內(nèi)存管理的源碼。與具體硬件體協(xié)結(jié)構(gòu)相關(guān)的內(nèi)存管理代碼位于arch/*/mm目錄下，如對應(yīng)X86的就是arch/i386/mm/fault.c(14)modules目錄:存放已編譯好的可動態(tài)加載的模塊。(15)net目錄：存放所有提供網(wǎng)絡(luò)支持的代碼代碼，實現(xiàn)了各種常見的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，每個子目錄對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的一個方面。(16)scripts目錄：存放用于配置內(nèi)核的腳本文件及用戶開發(fā)和維護手冊。(17)security目錄：主要是一個SELinux的模塊。(18)sound目錄：常用音頻設(shè)備的驅(qū)動程序等。(19)usr目錄：/usr這是最龐大的目錄，我們要用到的應(yīng)用程序和文件幾乎都存放在這個目錄下2023/2/6112一般在每個目錄下都有一個.depend文件和一個Makefile文件。這兩個文件都是編譯時使用的輔助文件。仔細閱讀這兩個文件對弄清各個文件之間的聯(lián)系和依托關(guān)系很有幫助。另外有的目錄下還有Readme文件，它是對該目錄下文件的一些說明，同樣有利于對內(nèi)核源碼的理解。2023/2/61132.linux的移植所謂Linux移植就是把Linux操作系統(tǒng)針對具體的目標平臺做必要改寫之后，安裝到該目標平臺使其正確的運行起來。其基本過程是這樣的（以Linux2.6.18為例）：(1)下載內(nèi)核：到.uk上下載Linux2.6.18內(nèi)核及其關(guān)于ARM平臺的補?。ㄈ纾篜atch-2.6.18-rmk1.gz）。(2)給Linux2.6.18打補?。簔cat../patch-2.6.18-rmk1.gz|patch–p1（前面../表示補丁文件放在內(nèi)核文件上一層目錄）2023/2/6114(3)準備交叉編譯環(huán)境。交叉編譯環(huán)境工具鏈一般包括binutils（含AS匯編器，LD鏈接器等），arm-gcc，glibc等。交叉編譯環(huán)境的搭建也是個復(fù)雜的過程，請參照3.2節(jié)。(4)修改相關(guān)的配置文件，如修改內(nèi)核目錄下的makefile文件中關(guān)于交叉編譯工具相關(guān)的內(nèi)容，此后就可以使用這個makefile進行編譯了。(5)修改linux內(nèi)核源碼，主要是修改和CPU相關(guān)的部分。(6)內(nèi)核的裁剪，根據(jù)項目的需要裁剪內(nèi)核模塊。(7)內(nèi)核的編譯，將裁剪好的內(nèi)核進行編譯，生成二進制映像文件。(8)內(nèi)核的下載，將生成的二進制映像文件，燒寫到目標平臺。2023/2/61153.5.3修改linux內(nèi)核源碼linux的移植是個繁重的工作，其主要包含啟動代碼的修改，內(nèi)核的鏈接及裝入，參數(shù)傳遞，內(nèi)核引導(dǎo)幾個部分。linux內(nèi)核分為體系結(jié)構(gòu)相關(guān)部分和體系結(jié)構(gòu)無關(guān)部分。在Linux啟動的第一階段，內(nèi)核與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)部分（arch目錄下）首先執(zhí)行，它會完成硬件寄存器設(shè)置，內(nèi)存映像等初始化工作。然后把控制權(quán)轉(zhuǎn)給內(nèi)核中與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)部分。而我們在移植工作中要改動的代碼主要集中在與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)部分。2023/2/61163.5.4內(nèi)核的裁剪Linux內(nèi)核的裁剪與編譯看上去是個挺簡單的過程。只是對配置菜單的簡單選擇。但是內(nèi)核配置菜單本身結(jié)構(gòu)龐大，內(nèi)容復(fù)雜。具體如何選擇卻難住了不少人。因此熟悉與了解該菜單的各項具體含義就顯得比較重要。2023/2/6117常用有如下幾種方式1.makeconfig：2.makemenuconfig3.makexconfig2023/2/61182.makemenuconfig2023/2/61193.makexconfig2023/2/6120在選擇相應(yīng)的配置時，有三種選擇方式，它們分別代表的含義如下：Y－-將該功能編譯進內(nèi)核N－-不將該功能編譯進內(nèi)核M－-將該功能編譯成可以在需要時動態(tài)插入到內(nèi)核中的模塊2023/2/61213.5.5內(nèi)核的編譯和下載1.內(nèi)核的編譯2.內(nèi)核的下載2023/2/61221.內(nèi)核的編譯在完成內(nèi)核的裁減之后，內(nèi)核的編譯就是一個非常簡單的過程。你只要執(zhí)行以下幾條命令就行：(1)makeclean這條命令是在正式編譯你的內(nèi)核之前先把環(huán)境給清理干凈。有時你也可以用makerealclean或makemrproper來徹底清除相關(guān)依賴，保證沒有不正確的.o文件存在。(2)makedep這條命令是編譯相關(guān)依賴文件。(3)makezImage這條命令就是最終的編譯命令。有時你可以直接用make(2.6.X版本上用)或makebzImage（給PC機編譯大內(nèi)核時用）。(4)makeinstall這條命令可以把相關(guān)文件拷貝到默認的目錄。當然在給嵌入式設(shè)備編譯時這步可以不要。因為具體的內(nèi)核安裝還需要你手工進行。2023/2/61233.7linux設(shè)備驅(qū)動概述3.7.1linux設(shè)備驅(qū)動作用3.7.2linux設(shè)備驅(qū)動程序的基本結(jié)構(gòu)3.7.3linux設(shè)備驅(qū)動的分類3.7.4linux設(shè)備文件和設(shè)備文件系統(tǒng)2023/2/61243.7.1linux設(shè)備驅(qū)動作用

驅(qū)動程序，英文名為“DeviceDriver”，全稱為“設(shè)備驅(qū)動程序”，是一種可以使計算機和設(shè)備通信的特殊程序，可以說相當于硬件的接口，操作系統(tǒng)只有通過這個接口，才能控制硬件設(shè)備的工作，假如某設(shè)備的驅(qū)動程序未能正確安裝，便不能正常工作。Linux系統(tǒng)內(nèi)核通過設(shè)備驅(qū)動程序與外圍設(shè)備進行交互，設(shè)備驅(qū)動程序是Linux內(nèi)核的一部分，它是一組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)通過定義的接口控制一個或多個設(shè)備。對應(yīng)用程序而言，設(shè)備驅(qū)動程序隱藏了設(shè)備的具體細節(jié)，對各種不同設(shè)備提供一致的接口。不同于windows驅(qū)動程序，Linux設(shè)備驅(qū)動程序在與硬件設(shè)備之間建立了標準的抽象接口。通過這個接口，用戶可以像處理普通文件一樣，通過open，close，read，write等系統(tǒng)調(diào)用對設(shè)備進行操作，如此一來也大大簡化了linux驅(qū)動程序的開發(fā)。2023/2/6125設(shè)備驅(qū)動程序的主要功能對設(shè)備進行初始化。啟動或停止設(shè)備的運行。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(yīng)用程序傳送給設(shè)備文件的數(shù)據(jù)和回送應(yīng)用程序請求的數(shù)據(jù)。檢測和處理設(shè)備出現(xiàn)的錯誤等。2023/2/6126設(shè)備驅(qū)動程序有如下特點：驅(qū)動程序是與設(shè)備相關(guān)的。驅(qū)動程序的代碼由內(nèi)核統(tǒng)一管理。驅(qū)動程序在具有特權(quán)級別的內(nèi)核態(tài)下運行。設(shè)備驅(qū)動程序是輸入輸出系統(tǒng)的一部分。驅(qū)動程序是為某個進程服務(wù)的，其執(zhí)行過程仍處在進程運行的過程中，即處于進程的上下文中。若驅(qū)動程序需要等待設(shè)備的某種狀態(tài)，它將阻塞當前進程，把進程加入到該設(shè)備的等待隊列中。2023/2/61273.7.2linux設(shè)備驅(qū)動程序的基本結(jié)構(gòu)2023/2/61282023/2/61293.7.3linux設(shè)備驅(qū)動的分類

Linux的方式看待設(shè)備可區(qū)分為三種基本設(shè)備：字符設(shè)備、塊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。字符設(shè)備：一個字符(char)設(shè)備是一種可以當作一個字節(jié)流來存取的設(shè)備(如同一個文件)；一個字符驅(qū)動負責實現(xiàn)這種行為。這樣的驅(qū)動常常至少實現(xiàn)open,close,read,和write系統(tǒng)調(diào)用。文本控制臺(/dev/console)和串口(/dev/ttyS0)是字符設(shè)備的例子,因為它們很好地展現(xiàn)了流的抽象。字符設(shè)備通過文件系統(tǒng)結(jié)點來存取,例如/dev/tty1和/dev/lp0。在一個字符設(shè)備和一個普通文件之間唯一有關(guān)的不同就是,你經(jīng)常可以在普通文件中移來移去,但是大部分字符設(shè)備僅僅是數(shù)據(jù)通道,你只能順序存取。當然,也存在看起來象數(shù)據(jù)區(qū)的字符設(shè)備,你可以在里面移來移去。例如,framegrabber經(jīng)常這樣,應(yīng)用程序可以使用mmap或者lseek存取整個要求的圖像。2023/2/6130塊設(shè)備：如同字符設(shè)備,塊設(shè)備通過位于/dev目錄的文件系統(tǒng)結(jié)點來存取。一個塊設(shè)備(例如一個磁盤)應(yīng)該是可以駐有一個文件系統(tǒng)的。在大部分的Unix系統(tǒng)中,一個塊設(shè)備只能處理這樣的I/O操作,傳送一個或多個長度經(jīng)常是512字節(jié)(或一個更大的2的冪的數(shù))的整塊。Linux中則相反,允許應(yīng)用程序讀寫一個塊設(shè)備象一個字符設(shè)備一樣--它允許一次傳送任意數(shù)目的字節(jié)。結(jié)果就是,塊和字符設(shè)備的區(qū)別僅僅在內(nèi)核在內(nèi)部管理數(shù)據(jù)的方式上,并且因此在內(nèi)核/驅(qū)動的軟件接口上不同。如同一個字符設(shè)備,每個塊設(shè)備都通過一個文件系統(tǒng)結(jié)點被存取的,它們之間的區(qū)別對用戶是透明的。塊驅(qū)動和字符驅(qū)動相比,與內(nèi)核的接口完全不同。2023/2/6131網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：任何網(wǎng)絡(luò)事務(wù)都通過一個接口來進行,就是說,一個能夠與其他主機交換數(shù)據(jù)的設(shè)備。通常,一個接口是一個硬件設(shè)備,但是它也可能是一個純粹的軟件設(shè)備,比如回環(huán)接口。一個網(wǎng)絡(luò)接口負責發(fā)送和接收數(shù)據(jù)報文,在內(nèi)核網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的驅(qū)動下,不必知道單個事務(wù)是如何映射到實際的被發(fā)送的報文上的。2023/2/6132字符設(shè)備與塊設(shè)備的主要區(qū)別是：在對字符設(shè)備發(fā)出讀/寫請求時，實際的硬件I/O一般緊接著發(fā)生。塊設(shè)備則不然，它利用一塊系統(tǒng)內(nèi)存作為緩沖區(qū)，若用戶進程對設(shè)備的請求能滿足用戶的要求，就返回請求的數(shù)據(jù)；否則，就調(diào)用請求函數(shù)來進行實際的I/O操作。塊設(shè)備主要是針對磁盤等慢速設(shè)備設(shè)計的，以免耗費過多的CPU時間用來等待。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以通過BSD套接口訪問數(shù)據(jù)。2023/2/61333.7.4linux設(shè)備文件和設(shè)備文件系統(tǒng)Linux是一種類Unix系統(tǒng)，Unix的一個基本特點是“一切皆為文件”，它抽象了設(shè)備的處理，將所有的硬件設(shè)備都像普通文件一樣看待，也就是說硬件可以跟普通文件一樣來打開、關(guān)閉和讀寫。系統(tǒng)中的設(shè)備都用一個設(shè)備特殊文件代表，叫做設(shè)備文件，設(shè)備類型、主次設(shè)備號是內(nèi)核與設(shè)備驅(qū)動程序通信時所使用的，但是對于開發(fā)應(yīng)用程序的用戶來說比較難于理解和記憶，所以Linux使用了設(shè)備文件的概念來統(tǒng)一對設(shè)備的訪問接口，在引入設(shè)備文件系統(tǒng)（devfs）之前Linux將設(shè)備文件放在/dev目錄下，設(shè)備的命名一般為設(shè)備文件名＋數(shù)字或字母表示的子類，例如/dev/hda1、/dev/hda2等。2023/2/6134每個設(shè)備文件都有其文件屬性(c/b)，表示是字符設(shè)備還是塊設(shè)備。另外每個文件都有2個設(shè)備號，第一個是主設(shè)備號，唯一標識一個設(shè)備。主設(shè)備號相同的設(shè)備使用相同的驅(qū)動程序；第二個是從設(shè)備號，標識使用同一個設(shè)備驅(qū)動程序的、不同的硬件設(shè)備。在Linux－2.4內(nèi)核中引入了設(shè)備文件系統(tǒng)（devfs），所有的設(shè)備文件作為一個可以掛載的文件系統(tǒng)，這樣就可以被文件系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理，從而設(shè)備文件就可以掛載到任何需要的地方。命名規(guī)則也發(fā)生了變化，一般將主設(shè)備建立一個目錄，再將具體的子設(shè)備文件建立在此目錄下。比如在UP-NETARM2410-S中的MTD設(shè)備為：/dev/mtdblock/0。2023/2/61353.8設(shè)備驅(qū)動程序接口

3.8.1linux設(shè)備驅(qū)動的加載方式3.8.2設(shè)備驅(qū)動程序接口3.8.3linux設(shè)備控制方式2023/2/61363.8.1linux設(shè)備驅(qū)動的加載方式設(shè)備驅(qū)動程序是Linux內(nèi)核的重要組成部分，控制了操作系統(tǒng)和硬件設(shè)備之間的交互。Linux的設(shè)備管理是和文件系統(tǒng)緊密結(jié)合的，各種設(shè)備都以文件的形式存放在/dev目錄下，成為設(shè)備文件。應(yīng)用程序可以打開、關(guān)閉、讀寫這些設(shè)備文件，對設(shè)備的操作就像操作普通的數(shù)據(jù)文件一樣簡便。2023/2/6137在LINUX下加載驅(qū)動程序可以采用動態(tài)和靜態(tài)兩種方式。靜態(tài)加載就是把驅(qū)動程序直接編譯到內(nèi)核里，在執(zhí)行makemenuconfig命令進行內(nèi)核配置裁剪時，在窗口中可以選擇是否編譯入內(nèi)核，還是放入/lib/modules/下相應(yīng)內(nèi)核版本目錄中，還是不選。驅(qū)動編譯進內(nèi)核后，系統(tǒng)啟動后可以直接調(diào)用。靜態(tài)加載的缺點是調(diào)試起來比較麻煩，每次修改一個地方都要重新編譯下載內(nèi)核，效率較低。下圖是將一個設(shè)備驅(qū)動模塊動態(tài)掛接、卸載和系統(tǒng)調(diào)用的全過程。2023/2/61382023/2/6139動態(tài)加載利用了LINUX的module特性，可以在系統(tǒng)啟動后用insmod命令把驅(qū)動程序（.o文件）添加上去，在不需要的時候用rmmod命令來卸載。在臺式機上一般采用動態(tài)加載的方式。在嵌入式產(chǎn)品里可以先用動態(tài)加載的方式來調(diào)試，調(diào)試完畢后再編譯到內(nèi)核里。動態(tài)加載動態(tài)加載是將驅(qū)動模塊加載到內(nèi)核中，而不能放入/lib/modules/下。2023/2/6140下面來看一下有關(guān)模塊的命令，在加載驅(qū)動程序要用到它們：lsmod、modprob、insmod、rmmod、modinfo。lsmod命令：lsmod查看當前加載到內(nèi)核中的所有驅(qū)動模塊，同時提供其它一些信息，比如其它模塊是否在使用另一個模塊。例如：2023/2/6141#lsmod（與cat/proc/modules得出的內(nèi)容是一致的）ModuleSizeUse