嵌入式單片機原理第八章第一頁，共55頁。一、Linux內(nèi)核源碼組織Linux用來支持各種體系結(jié)構(gòu)的源代碼包含大約4500個C語言程序，存放在270個左右的子目錄下，總共大約包含200萬行代碼，大概占用58MB磁盤空間。其文件結(jié)構(gòu)圖如圖所示：第二頁，共55頁。一、Linux內(nèi)核源碼組織這里有的目錄是包含多個部分的內(nèi)容。具體各個目錄的內(nèi)容組成如下：●arch：arch目錄包括了所有和體系結(jié)構(gòu)相關的核心代碼。它下面的每一個子目錄都代表一種Linux支持的體系結(jié)構(gòu)，例如i386就是IntelCPU及與之相兼容體系結(jié)構(gòu)的子目錄；●include：include目錄包括編譯核心所需要的大部分頭文件，例如與平臺無關的頭文件在include/linux子目錄下；第三頁，共55頁。一、Linux內(nèi)核源碼組織●init：init目錄包含核心的初始化代碼（不是系統(tǒng)的引導代碼），有main.c和Version.c兩個文件；●mm：mm目錄包含了所有的內(nèi)存管理代碼。與具體硬件體系結(jié)構(gòu)相關的內(nèi)存管理代碼位于arch/*/mm目錄下；●drivers：drivers目錄中是系統(tǒng)中所有的設備驅(qū)動程序。它又進一步劃分成幾類設備驅(qū)動，每一種有對應的子目錄，如聲卡的驅(qū)動對應于drivers/sound；●ipc：ipc目錄包含了核心進程間的通信代碼；第四頁，共55頁。一、Linux內(nèi)核源碼組織●modules：modules目錄存放了已建好的、可動態(tài)加載的模塊；●fs：fs目錄存放Linux支持的文件系統(tǒng)代碼。不同的文件系統(tǒng)有不同的子目錄對應，如ext3文件系統(tǒng)對應的就是ext3子目錄；●Kernel：Kernel內(nèi)核管理的核心代碼放在這里。同時與處理器結(jié)構(gòu)相關代碼都放在arch/*/kernel目錄下；●net：net目錄里是核心的網(wǎng)絡部分代碼，其每個子目錄對應于網(wǎng)絡的一個方面；第五頁，共55頁。一、Linux內(nèi)核源碼組織●lib：lib目錄包含了核心的庫代碼，不過與處理器結(jié)構(gòu)相關的庫代碼被放在arch/*/lib/目錄下；●scripts：scripts目錄包含用于配置核心的腳本文件；●documentation：documentation目錄下是一些文檔，是對每個目錄作用的具體說明。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。第六頁，共55頁。二、內(nèi)核基本配置1.內(nèi)核配置系統(tǒng)2.Makefile3.具體配置操作4.添加自己代碼第七頁，共55頁。二、內(nèi)核基本配置1.內(nèi)核配置系統(tǒng)ARM-Linux內(nèi)核的配置系統(tǒng)由三個部分組成：Makefile、配置文件和配置工具，它們之間的關系如圖所示：后綴名為.in的文件為提供選項的文件，通過配置工具配置之后生成配置文件，最后按照選項來調(diào)用源碼編譯成待燒錄到目標板的鏡像文件zImage。整個過程都是由Makefile文件來調(diào)用管理的。第八頁，共55頁。二、內(nèi)核基本配置1.內(nèi)核配置系統(tǒng)1、MakefileMake系統(tǒng)中非常重要的一個組成部分，這我們前面也有所介紹。因為在幾乎每一個子目錄下都會有Makefile文件。其中位于根目錄下的Makefile文件是總綱式Makefile文件，其它任何Makefile文件都是直接或間接被它調(diào)用。Makefile文件定義了各個目錄下文件如何被編譯，并最終形成zImage文件。當然zImage文件的產(chǎn)生還要借助.config文件，它會告訴Makefile文件哪些文件被編譯進內(nèi)核，哪些源文件沒有被用戶選中，并不需要被編譯進內(nèi)核文件中。第九頁，共55頁。二、內(nèi)核基本配置1.內(nèi)核配置系統(tǒng)2、配置文件在ARM-Linux系統(tǒng)中，配置文件存放在各個子目錄下，它們的名字通常被稱為config.in或Config.in文件，其中后綴名為in的表示的是提供選項，而后綴名為config的則是表示是表示進行選擇了某些選項之后的配置文件。存放在arch/arm目錄下的config.in文件為總綱領式配置文件，其它config.in文件都是直接或間接被該文件調(diào)用。這些配置文件按照一定的格式編寫，用戶通過特定的工具可以讀這些配置文件來進行ARM-Linux系統(tǒng)的配置，最終配置的選項結(jié)果存放在內(nèi)核根目錄.config文件中。第十頁，共55頁。二、內(nèi)核基本配置1.內(nèi)核配置系統(tǒng)3、配置工具配置工具一般包括配置命令解釋器和配置用戶界面。前者主要作用是對配置腳本中使用的配置命令進行解釋；而后者則是提供基于字符界面、基于Ncurses圖形界面以及基于Xwindows圖形界面的用戶配置界面，各自對應于Makeconfig、Makemenuconfig和makexconfig。這些配置工具都是使用腳本語言，如Tcl/Tk、Perl編寫的（也包含一些用C編寫的代碼）。第十一頁，共55頁。二、內(nèi)核基本配置2.MakefileMakefile是分布在Linux內(nèi)核源碼的各個層次目錄中，定義Linux內(nèi)核的編譯規(guī)則。其主要作用是根據(jù)配置的情況，構(gòu)造出需要編譯的源文件列表，然后分別編譯，并把目標代碼鏈接到一起，最終形成Linux內(nèi)核二進制文件。1、Makefile概述由于Linux內(nèi)核源代碼是按照樹形結(jié)構(gòu)組織的，所以Makefile也被分布在目錄樹中。Linux內(nèi)核中的Makefile以及與Makefile直接相關的文件有：第十二頁，共55頁。二、內(nèi)核基本配置2.Makefile●Makefile：頂層Makefile，是整個內(nèi)核配置、編譯的總體控制文件；●.config：內(nèi)核配置文件，包含由用戶選擇的配置選項，用來存放內(nèi)核配置后的結(jié)果；●arch/*/Makefile：位于各種CPU體系目錄下的Makefile，其中“*”表示不同的平臺，如arch/arm/Makefile，是針對arm平臺的Makefile；●各個子目錄下的Makefile：比如drivers/Makefile，負責所在子目錄下源代碼的管理與編譯；●Rules.make：規(guī)則文件，被所有的Makefile使用。第十三頁，共55頁。二、內(nèi)核基本配置2.Makefile2、Makefile中的變量頂層Makefile定義并向環(huán)境中輸出了許多變量，為各個子目錄下的Makefile傳遞一些信息。有些變量，比如SUBDIRS，不僅在頂層Makefile中定義并且賦初值，而且在arch/*/Makefile還作了擴充。常用的變量有以下幾類：●版本信息版本信息有：VERSION，PATCHLEVEL,SUBLEVEL,EXTRAVERSION，KERNELRELEASE。第十四頁，共55頁。二、內(nèi)核基本配置2.Makefile●CPU體系結(jié)構(gòu)：ARCH。●路徑信息：TOPDIR,SUBDIRS●內(nèi)核組成信息：HEAD,CORE_FILES,NETWORKS,DRIVERS,LIBS●編譯信息：CPP,CC,AS,LD,AR，CFLAGS，LINKFLAGS●配置變量CONFIG_*第十五頁，共55頁。二、內(nèi)核基本配置2.Makefile3、Rules.make變量Rules.make是編譯規(guī)則文件，所有的Makefile中都會包括Rules.make。Rules.make文件定義了許多變量，最為重要是那些編譯、鏈接列表變量，包括以下這些變量：●O_OBJS，L_OBJS，OX_OBJS，LX_OBJS：本目錄下需要編譯進Linux內(nèi)核vmlinux的目標文件列表，其中OX_OBJS和LX_OBJS中的“X”表明目標文件使用了EXPORT_SYMBOL輸出符號；第十六頁，共55頁。二、內(nèi)核基本配置2.Makefile●M_OBJS，MX_OBJS：本目錄下需要被編譯成可裝載模塊的目標文件列表。同樣，MX_OBJS中的“X”表明目標文件使用了EXPORT_SYMBOL輸出符號；●O_TARGET，L_TARGET：每個子目錄下都有一個O_TARGET或L_TARGET，Rules.make首先從源代碼編譯生成O_OBJS和OX_OBJS中所有的目標文件，然后使用$(LD)-r把它們鏈接成一個O_TARGET或L_TARGET。O_TARGET以.o結(jié)尾，而L_TARGET以.a結(jié)尾。第十七頁，共55頁。二、內(nèi)核基本配置2.Makefile4、子目錄下的Makefile子目錄Makefile用來控制本級目錄以下源代碼的編譯規(guī)則。第十八頁，共55頁。二、內(nèi)核基本配置3.具體配置操作內(nèi)核源碼的配置文件有自己的格式，這些文件中定義了makefile的使用命令。1、配置命令在Linux內(nèi)核中，配置命令有多種方式，如表所示：第十九頁，共55頁。二、內(nèi)核基本配置3.具體配置操作2、配置語言配置語言在這里面使用很簡單明了，主要包括： ●頂層菜單 ●詢問語句 ●定義語句 ●依賴語句 ●選擇語句 ●if語句 ●Source語句 ●菜單塊（menublock）語句第二十頁，共55頁。二、內(nèi)核基本配置3.具體配置操作3、缺省配置Linux內(nèi)核支持非常多的硬件平臺，對于具體的硬件平臺而言，有些配置就是必需的，有些配置就不是必需的。另外，新增加功能的正常運行往往也需要一定的先決條件，針對新功能，必須作相應的配置。因此，特定硬件平臺能夠正常運行對應著一個最小的基本配置，這就是缺省配置。第二十一頁，共55頁。二、內(nèi)核基本配置3.具體配置操作

Linux內(nèi)核中針對每個ARCH都會有一個缺省配置。在向內(nèi)核代碼增加了新的功能后，如果新功能對于這個ARCH是必需的，就要修改此ARCH的缺省配置。第二十二頁，共55頁。二、內(nèi)核基本配置3.具體配置操作4、幫助文件在配置Linux內(nèi)核時，遇到不懂含義的配置選項，可以查看它的幫助，從中可得到選擇的建議。所有配置選項的幫助信息都在Documentation/Configure.help中，它的格式為：<description><variablename><helpfile>第二十三頁，共55頁。二、內(nèi)核基本配置3.具體配置操作<description>給出本配置選項的名稱，<variablename>對應配置變量，<helpfile>對應配置幫助信息。在幫助信息中，首先簡單描述此功能，其次說明選擇了此功能后會有什么效果，不選擇又有什么效果。第二十四頁，共55頁。二、內(nèi)核基本配置4.添加自己代碼對于一個開發(fā)者來說，將自己開發(fā)的內(nèi)核代碼加入到Linux內(nèi)核中，需要有三個步驟：1）首先確定把自己開發(fā)代碼放入到內(nèi)核的位置；2）其次，把自己開發(fā)的功能增加到Linux內(nèi)核的配置選項中，使用戶能夠選擇此功能；3）最后，構(gòu)建子目錄Makefile，根據(jù)用戶的選擇，將相應的代碼編譯到最終生成的Linux內(nèi)核中去。第二十五頁，共55頁。三、內(nèi)核定制1.源碼獲取2.移植過程第二十六頁，共55頁。三、內(nèi)核定制1.源碼獲取源碼的獲取有很多途徑，我們可以從獲取，這是Linux內(nèi)核的官方網(wǎng)站，定期發(fā)布最新的內(nèi)核，以修補Linux內(nèi)核在使用中的各種bug，可以根據(jù)自己的需要下載適合自己的版本。1.源碼獲取第二十七頁，共55頁。三、內(nèi)核定制2.移植過程Linux內(nèi)核的移植過程比較繁瑣，具體步驟：1、解壓內(nèi)核文件解壓文件可以點擊右鍵，選擇“extracthere”命令；也可以在終端中，輸入如下命令： tarxfvlinux-2.6.29.tar.bz2然后進入內(nèi)核目錄，輸入如下命令： cdlinux-2.6.292.移植過程第二十八頁，共55頁。三、內(nèi)核定制2、修改機器碼內(nèi)核的機器碼必須跟Bootloader中一致，不管是u-boot還是vivi，在smdk2440使用的uboot的機器碼是168，這里需要修改機器碼，否則會出現(xiàn)不能啟動的情況。機器碼保存在內(nèi)核源碼的“arch/arm/tools/mach-types”文件中，大概在379行，把原來的數(shù)字“362”改為“168”。也可以修改uboot中的機器碼，在“\include\asm-arm\mach-types.h”文件中，找到“#defineMACH_TYPE_S3C2440168”，將其中的數(shù)字“168”改成與linux內(nèi)核一致的機器碼，注意，這個機器碼要沒有使用的，否則會編譯中提示沖突。然后保存即可。2.移植過程第二十九頁，共55頁。三、內(nèi)核定制3、修改內(nèi)核源碼根目錄下的Makefile文件內(nèi)核的編譯是根據(jù)Makefile文件中的內(nèi)容進行的，所以首先需要修改根目錄下的Makefile文件。更改目標代碼的類型，并未編譯內(nèi)核指定一個編譯器。修改后詳細內(nèi)容顯示如下：#ARCH?=arm#CROSS_COMPILE?=arm-linux-

ARCH是指架構(gòu)，這里我們選擇arm架構(gòu)，所以修改成：“#ARCH?=arm”；CROSS_COMPILE是指編譯器，由于要在開發(fā)板上運行，需要使用交叉編譯器，所以改為：“#CROSS_COMPILE?=arm-linnux-”。2.移植過程第三十頁，共55頁。三、內(nèi)核定制4、修改“arch/arm/plat-s3c24xx/common-smdk.c”文件，修改NandFlash的分區(qū)信息和NandFlash的硬件信息。這個文件的修改有兩處，具體為：●smdk_default_nand_part，●smdk_nand_info2.移植過程第三十一頁，共55頁。三、內(nèi)核定制5、修改時鐘頻率修改平臺的時鐘頻率，以滿足smdk2440工作頻率。修改內(nèi)核源碼，否則在超級終端中會出現(xiàn)亂碼。6、增加Yaffs2文件系統(tǒng)的支持解壓Yaffs2并以打補丁的方式將其加入Linux內(nèi)核。最新的yaffs2源代碼包可以從獲得。具體操作命令如下：#cdyaffs2#./patch-ker.shc/(linux內(nèi)核路徑)2.移植過程第三十二頁，共55頁。三、內(nèi)核定制7、配置內(nèi)核先拷貝s3c2440開發(fā)板的默認配置到內(nèi)核根目錄下，以簡化配置過程，使用如下命令：#cparch/arm/configs/s3c2440_defconfig.config#makemenuconfig2.移植過程第三十三頁，共55頁。三、內(nèi)核定制下面是Linxu內(nèi)核的幾個主要配置選項：（1） Generalsetup常規(guī)選項設置（2）SystemType：系統(tǒng)類型（3）Bootoptions：引導選項（4）Enableloadablemodulesupport：對模塊的支持（5）DeviceDrivers：設備驅(qū)動（6）：文件系統(tǒng)2.移植過程第三十四頁，共55頁。三、內(nèi)核定制8、編譯配置好編譯選項之后就可以編譯內(nèi)核了，輸入以下命令： makezImage系統(tǒng)就開始編譯內(nèi)核了。一般內(nèi)核編譯需要一定的時間，十幾分鐘到幾十分鐘不等，具體視個人機器而定。編譯結(jié)束之后，會在“/arch/arm/boot/”目錄下面和者根目錄下面生成一個名為“zImage”的內(nèi)核鏡像文件。同時在根目錄中生成另外三個文件，如圖所示：2.移植過程第三十五頁，共55頁。三、內(nèi)核定制2.移植過程第三十六頁，共55頁。三、內(nèi)核定制vmlinux、System.map和initrd-x.x.x.img三種文件時Linux內(nèi)核編譯之后可以生成的三種鏡像文件格式。這是這三個鏡像文件之間略有不同，下面詳細比較說明各種格式的文件特性：1、vmlinuxvmlinux是可引導的、壓縮的內(nèi)核?！皏m”代表“VirtualMemory”。Linux支持虛擬內(nèi)存，不像老的操作系統(tǒng)比如DOS有640KB內(nèi)存的限制。Linux能夠使用硬盤空間作為虛擬內(nèi)存，因此得名“vm”。2.移植過程第三十七頁，共55頁。三、內(nèi)核定制2、System.mapSystem.map是一個特定內(nèi)核的內(nèi)核符號表。它是當前運行的內(nèi)核的System.map的鏈接。它是由“nmvmlinux”產(chǎn)生的，并且將不相關的符號濾除掉。3、initrd-x.x.x.imginitrd是“initialramdisk”的簡寫。initrd一般被用來臨時的引導硬件到實際內(nèi)核vmlinuz能夠接管并繼續(xù)引導的狀態(tài)。例如ubuntu的initrd.img主要是用于加載ext3等文件系統(tǒng)及scsi設備的驅(qū)動。2.移植過程第三十八頁，共55頁。四、網(wǎng)卡驅(qū)動1.驅(qū)動源碼獲取2.修改驅(qū)動源碼3.配置并編譯第三十九頁，共55頁。四、網(wǎng)卡驅(qū)動在內(nèi)核里面網(wǎng)卡驅(qū)動是相當完善的，這里需要注意一件事情，從2.6.25開始的內(nèi)核的“drivers/net/dm9000.c”這個文件對應的DM9000的驅(qū)動（版本為1.3版）并不適合DM9000E這顆芯片，而在筆者使用的目標板上面用的是DM9000E這顆芯片，所以我們需要更換“dm9000.c”這個驅(qū)動程序，只要找到1.2版的DM9000的驅(qū)動就可以支持DM9000E這顆芯片了。1.驅(qū)動源碼獲取第四十頁，共55頁。四、網(wǎng)卡驅(qū)動我們可以從下載一個linux-2.6.24.tar.bz2的源碼包，然后解壓，提取“drivers/net/dm9000.c”這個文件，這個驅(qū)動文件是1.2版本的，用它去替換掉2.6.29.3里面的對應源碼即可開始進行我們的移植操作。1.驅(qū)動源碼獲取第四十一頁，共55頁。四、網(wǎng)卡驅(qū)動

我們只需要進行簡單的修改就可以成功的驅(qū)動上開發(fā)板上面的DM9000的網(wǎng)卡芯片。找到內(nèi)核源碼中的“arch/arm/plat-s3c24xx/common-smdk.c”文件，然后主要對它進行修改：●添加對dm9000網(wǎng)卡的支持（46行）●在151行左右，添加部分代碼（見教材）●在199行左右，添加部分代碼（見教材）●在73行添加部分代碼（見教材）●在414行添加部分代碼（見教材）2.修改驅(qū)動源碼第四十二頁，共55頁。四、網(wǎng)卡驅(qū)動●在428行添加部分代碼（見教材）●在628行添加部分代碼（見教材）●另外，這樣編譯之后網(wǎng)卡已經(jīng)能夠驅(qū)動，在linux中能正常使用，但是，如果使用nfs卻不能正常下載文件系統(tǒng)，此時我們還必須修改dm9000.c這個文件。2.修改驅(qū)動源碼第四十三頁，共55頁。四、網(wǎng)卡驅(qū)動修改完以上的內(nèi)容之后，輸入一下命令進行內(nèi)核的重新編譯： #makemenuconfig編譯完成之后，進入配置單，然后添加上對DM9000網(wǎng)卡的配置，具體命令如下：3.配置并編譯第四十四頁，共55頁。四、網(wǎng)卡驅(qū)動DeviceDrivers--->Networkdevicesupport--->Ethernet(10or100Mbit)--->-*-GenericMediaIndependentInterfacedevicesupport<*>DM9000support(4)DM9000maximumdebuglevel配置好后，保存配置單，然后重新編譯出鏡像，再將鏡像燒寫到開發(fā)板中。3.配置并編譯第四十五頁，共55頁。五、內(nèi)核裁剪1.取消虛擬內(nèi)存的支持2.取消多余的調(diào)度器3.取消對舊版本二進制執(zhí)行文件的支持4.取消不必要的設備的支持5.取消不需要的文件系統(tǒng)的支持第四十六頁，共55頁。五、內(nèi)核裁剪1.取消虛擬內(nèi)存的支持

虛擬內(nèi)存一般并不需要，可以刪除。進入“Generalsetup”菜單項，將“Supportforpagingofanonymousmemory(swap)”項去選即可。具體命令顯示如下：Generalsetup--->[]Supportforpagingofanonymousmemory(swap)第四十七頁，共55頁。五、內(nèi)核裁剪2.取消多余的調(diào)度器

一般我們使用的調(diào)度器是默認的IO調(diào)度器，所以可以刪除其他的調(diào)度器。進入“Enabletheblocklayer”菜單項，再進入子菜單項“IOSchedulers”，將“AnticipatoryI/Oschdeuler”、“DeadlineI/Oscheduler”和“