2018年02月17日 | 移植标准Linux 操作系统到S3C2410

    1 前 言

    目前 , 在嵌入式系统里基于ARM核的嵌入式处理器已经成为市场主流。随着ARM技术的广泛应用 , 建立面向ARM构架的嵌入式操作系统也就成为当前研究的热点。S3C2410是SAMSUNG公司基于ARM920T处理器内核开发的一款16/32位嵌入式处理器，运行频率高达200多M，具有MMU和高速缓存等丰富片上资源，是目前基于ARM920T内核的出货量最大的一款芯片。目前嵌入式操作系统也较多，如 Tor2nado 的VxWork、微软的 Windows CE等等。大量开发人员选择的却都是Linux，这是因为它源代码开放，可以轻松修改移植到自己的目标平台系统里使用。并且事实证明，效果令人满意。两者的结合必将在嵌入式系统的世界里打出一片天地。

    2 Linux 操作系统的移植

    2.1移植的含义

    要使得标准Linux能在ARM嵌入式处理器上运作，势必要经过移植 (porting) 的过程。所谓移植，就是让一套软件可以在一套选定硬件平台上正常运作，也就是要将平台相依 (platform dependent) 的部分做适当的修改。内核源码arch子目录包括了所有和平台体系结构相关的核心代码，它的每一个子目录都代表所支持的一种体系结构，arm就是关于我们所选处理器体系结构的子目录。我们的移植工作主要集中于此目录下。

    2.2移植的具体实现

    如果我们已经搭建起完整的交叉编译平台，移植工作便可开始了（以当前使用最广的linux-2.4为例，放于/usr/SRC/ linux-2.4.18之下）。

    / Makefile文件

    一个工程往往包含很多的文件，按照一定的规则放在多个目录中。Makefile文件用来指定编译规则，例如哪些需要编译，哪些要先编译。在此处要做的是：

    指定目标平台ARCH := $(shell uname -m | sed -e s/i.86/i386/ -e s/sun4u/sparc64/ -e s/arm.*/arm/ -e s/sa110/arm/)

    设置为ARCH :=arm

    指定交叉编译器CROSS_COMPILE  =

    设置为CROSS_COMPILE  =arm-linux-

    /arch/arm/Makefile

    启动代码的产生要通过此一文件，由于2.4内核还没有对S3C2410的支持，自行加入如下代码

    ifeq ((CONFIG_ARCH_ S3C2410),y)

    TEXTADDR      = xxx

    MACHINE      = s3c2410

    Endif

    TEXTADDR是内核的虚拟起始地址[6]，也是内核最终运行地址，通常设为PAGE_OFFSET +0x8000，须根据实际情况相结合[2]。

    /arch/arm/config.in

    config.in是配置文件，决定了我们在配置菜单中看到的内容。自行加入$CONFIG_ARCH_S3C2410子选项[5]。

    if [ "$CONFIG_ARCH_S3C2410" = "y" ]; then

    comment'Archimedes/A5000 Implementations'

    dep_bool    'SMDK  (MERI  TECH  BOARD) '

    CONFIG _S3C2410_SMDK//

    $CONFIG_ARCH_S3C2410

    //其他

    fi

    在if [ "$CONFIG_FOOTBRIDGE_HOST" = "y" -o

    ……

    "$CONFIG_ARCH_SA1100" = "y" ]; then

    define_bool CONFIG_ISA y

    else

    define_bool CONFIG_ISA n

    fi

    中依样加入"$CONFIG_ARCH_s3c2410" = "y"-o。

    /arch/arm/boot/Makefile

    ZTEXTADDR 是解压前image.rom的位置，ZRELADDR是内核解压并最终执行的位置。ZRELADDR与TEXTADDR之间符合如下映射关系：__virt_to_phys(TEXTADDR) == ZRELADDR[6]。

    ifeq ((CONFIG_ARCH_s3c2410),y)

    ZTEXTADDR    = xxx

    ZRELADDR    = xxx

    Endif

    /arch/arm/boot/compressed/ Makefile

    依样加入  ifeq ("$(CONFIG_ARCH_S3C2410),y)

    OBJS  +=head-s3c2410.o

    endif

    /arch/arm/boot/compressed/head-s3c2410.s

    此处需要自行加入内核解压前处理器初始化文件head-s3c2410.s，示例代码：

    .section        ".start", "ax"

    __S3C2410_start:

    bIC  r2, pc, #0x1f          @清除pc相关位，放于r2

    add  r3, r2, #0x4000

    1:            ldr  r0, [r2], #32

    teq  r2, r3

    bne  1b

    mcr p15, 0, r0, c7, c10, 4    @ 写回 Write Buffer

    mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0          @ 刷新 I & D caches

    #if 0

    @ 禁用MMU ，caches

    ……

    #endif

    mov r0, #0x00200000

    1:      subs r0, r0, #1

    bne  1b

    /arch/arm/kernel/ Makefile

    依样将$(CONFIG_ARCH_2400) $(CONFIG_ARCH_2410) 加入

    no-IRQ-arch      :=$(CONFIG_ARCH_INTEGRATOR) $(CONFIG_ARCH_CLPS711X)

    ……

    $(CONFIG_ARCH_AT91RM9200

    并添加  obj-$(CONFIG_MIZI) += ecard.o

    obj-$(CONFIG_ARCH_APM) +=apm2.o

    /arch/arm/kernel/entry-armv.S

    此文件主要定义CPU初始化时中断处理部分[6]，可参考处理器使用手册，按处理器使用要求设置。

    /arch/arm/kernel/debug-armv.S

    此文件用于最基本的串口调试功能[6]，包括调试串口的地址初始化、发送、等待、忙状态定义等。使用此文件可以在启动过程中打印出相关信息。

    /arch/arm/kernel/setup.c

    在此文件中要根据使用的板子设置几个变量[5]。nr_banks指定了内存块的数量，bank指定了每块内存块的范围，PAGE_OFFSET是内存起始地址，MEM_SIZE是内存的大小。PAGE_OFFSET，MEM_SIZE要在/include/asm-arm/arch-s3c2410中定义。

    /arch/arm/mm/mm-armv.c

    此文件用于与硬件相关的内存管理，如初始化内存页表内存映射等。

    将init_maps->bufferable = 0;改为  init_maps->bufferable = 1;

    /arch/arm/mach-s3c2410

    建立相应目录并按照处理器使用要求编写irq.c，mm.c，time.c，arch.c，Makefile，分别实现中断控制器的初始化，地址的虚实映射关系，时钟中断和实时时钟处理以及有关Ramdisk使用参数等的设置。

    /include/asm-arm/arch-s3c2410

    此目录下定义用到的头文件。

    至此移植工作基本完成，再进行如下编译过程，即可得到我们需要的映像文件[4]。

    make dep；    make clean；    make zImage

    3 完整系统的构成

    要想让linux真正跑起来，还需要根文件系统的支持，常用的方法是Ramdisk。Ramdisk 是通过将计算机的内存（RAM）模拟作设备来创建和挂装文件系统的一种驱动器机制。一般应包括以下目录内容： /dev(设备文件目录)； /proc (proc 文件系统目录)；/etc(系统配置文件的目录)； /sbin(系统程序的目录)；/bin(基本应用程序目录)；/lib(共享函数库的目录)；/mnt (装载其他磁盘节点的目录)；/usr(附加应用程序的目录)[3]。

    除此之外一个完整的嵌入式系统还要有引导代码，如vivi,u_boot等。Bootloader也需要移植与编译，在此并不详述。以上三块内容都准备好，对FLASH做好区间的划分[1]以后，便可以用 FLASH 烧写工具依次将Bootloader，内核以及根文件系统烧写到 FLASH里。然后就可以启动系统了。

    系统从0 地址处开始执行Bootloader。Bootloader做完相关硬件初始化工作之后从 FLASH里把压缩的内核映象复制到SDRAM内并且把根文件系统所在地址参数传递给内核[1]。内核复制到SDRAM之后进行内核解压启动。内核启动过程中根据 Bootloader传递过来的地址参数去寻找根文件系统 , 将其加载到嵌入式系统上。这样，整个Linux被引导启动起来 , 进入正常工作状态。

    4 结束语

    本文作者创新点：现在采用较为普遍的2.4版本的Linux并没有包含进对S3C2410的支持,给基于此的嵌入式系统的开发带来不便。本文在了解了移植过程中普遍存在的问题和作者经验教训积累的基础上，详尽分析了如何将Linux2.4移植到ARM平台的嵌入式系统上的主要技术,使得该系统可以很好的支持目标平台，并且移植后的Linux 很好的保留了原有的工作稳定的特点。在移植过程中强调其原理与可操作性，对加深对于Linux内核的理解和开发嵌入式系统是十分重要的，对于开发其他嵌入式系统具有参考意义。

    参考文献 ( References)

    [1]刘晶晶，基于ARM-Linux嵌入式系统引导程序的设计[J]，微计算机信息，2006，2-2：123-125

    [2]李明，ARM Linux 的移植过程及分析，电子设计应用[J]，2003，7：55-57

    [3]徐虹等，操作系统实验指导[M]，北京：清华大学出版社，2002，5

    [4]张杰，曹卫华，吴敏，施卫强，基于S3C2410的Linux移植[J]，微机发展， 2005（15），6：142-144

    [5]孙天泽，袁文菊，张海峰，嵌入式设计及Linux驱动开发指南[M]，北京：电子工业出版社，2005，9

    [6]Wookey and Tak-Shing，Porting the Linux Kernel to a New ARM Platform，SOLUTIONS JOURNAL，2002，4：52-57