uClinux在嵌入式系統(tǒng)中的移植研究
| 1 引言 uClinux作為Linux衍生操作系統(tǒng)，具有支持多任務(wù)、內(nèi)核精簡、高效、穩(wěn)定和源代碼開放等優(yōu)點，專門應(yīng)用于無MMU微處理器的嵌入式系統(tǒng)[1]。將uClinux應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為許多嵌入式開發(fā)人員的選擇。本文針對基于三星公司生產(chǎn)的ARM系列微處理器S3C44B0的硬件平臺，詳細論述移植uClinux 的過程，主要包括BootLoader的設(shè)計， uClinux內(nèi)核的修改，交叉編譯環(huán)境的建立，uClinux內(nèi)核的配置，編譯及連接，映像文件的下載及運行。 2 硬件環(huán)境 硬件平臺以S3C44B0為核心，采用的外部晶振頻率為10MHz，內(nèi)核主頻最高可達到64MHz；通過RS232接口與上位機通訊；外接JTAG接口，支持在線調(diào)試；采用SST39VF1601(2M字節(jié))作為程序存儲器,對應(yīng)的地址空間為0x00000000-0x001fffff；采用HY57VF641620 (8M 字節(jié))作為數(shù)據(jù)存儲器, 對應(yīng)的地址空間為0x0c000000-0x0c7fffff。硬件框圖如圖1所示。
3 uClinux的移植 3.1移植思路 硬件環(huán)境確定以后，首先，要為uClinux設(shè)計一個BootLoader，通過BootLoader來初始化硬件，引導(dǎo)uClinux運行。Bootloader設(shè)計可以在ads中實現(xiàn)。然后，針對硬件環(huán)境，和設(shè)計的BootLoader修改uClinux內(nèi)核。接下來，在Linux操作系統(tǒng)下建立編譯uClinux的交叉編譯環(huán)境。最后，配置、編譯、連接uClinux，下載編譯得到的映像文件到Flash，通過BootLoader來啟動uClinux。 3.2 Bootloader的設(shè)計 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)，以便為最終轉(zhuǎn)到操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好合適的環(huán)境．這里設(shè)計的BootLoader主要有啟動、下載和燒寫引導(dǎo)uClinux的功能。BootLoader完成初始化工作后會通過串口在Windows的終端顯示如下信息：0: tftp download 1: Write NorFlash with download file 2: Boot uClinux 在終端的提示符“/”下輸入0、1或2分別代表選擇功能0、功能1或 功能2。BootLoader執(zhí)行對應(yīng)的操作，功能0利用TFTP網(wǎng)絡(luò)傳輸程序到SDRAM，默認下載地址為0x0c000800；功能1下載程序到flash，uClinux的映像文件image.rom的下載地址為0x00010000, Romfs.img的下載地址為0x00100000。這兩個下載地址不是任意的，前一個地址與BootLoader的功能2有關(guān)；后一個地址與uClinux的文件系統(tǒng)定位有關(guān)。具體確定方法在下文論述；功能2啟動燒寫到Flash的uClinux。[2] 因為本文的重點是uClinux的移植，所以這里不再詳述BootLoader的具體實現(xiàn)過程，只介紹一下與uClinux相關(guān)的地方：（1）因為uClinux要利用S3C44B0的串口輸出一些信息，所以BootLoader初始化過程中要設(shè)定處理器的主頻，uClinux根據(jù)這個主頻來設(shè)定串口寄存器，得到一定數(shù)值的波特率。本文選擇的主頻為61Mhz，波特率為115200。（2）執(zhí)行功能2時，會調(diào)用一個MoveRun函數(shù)： Void MoveRun(void) {void (*fp)(U32,U32)=(void(*)(U32,U32))0xc300000; //0xc300000為uClinux的運行地址 NorFlashRead(0xc300000,0x10000,0x160000) ; //將燒寫到0x10000處的image.rom移到//0xc300000 (*fp)(0, 0); //啟動uClinux } (3) 啟動uClinux后，image.rom在0xc300000處自解壓，并在0x0c000000處放置uClinux 的中斷向量表。即使uClinux 內(nèi)核已經(jīng)得到處理器的控制權(quán)運行，一旦發(fā)生中斷，處理器還是會自動跳轉(zhuǎn)到從0x0地址開始的第一級中斷向量表中的某個表項（依賴于中斷類型）處讀取指令運行。所以在編寫B(tài)ootLoader時，地址0x0處的一級異常中斷矢量表只需簡單地包含向0x0c000000處的中斷向量表的跳轉(zhuǎn)指令就可以，這樣就 能夠正確地將發(fā)生的事件交給uClinux的中斷處理程序來處理，BootLoader的第一級異常中斷向量表如下所示： b ResetHandler ;//跳轉(zhuǎn)到初始化部分 ldr pc,=0x0c000004; // Undefined Instruction Handler ldr pc,=0x0c000008; // Software Interrupt Handler ldr pc,=0x0c00000c; // Prefetch Abort Handler ldr pc,=0x0 c000010; // Data Abort Handler b . ldr pc,=0x0c000018; //IRQ Handler ldr pc,=0x0c00001c; //FIQ Handler 3.3 uClinux內(nèi)核的修改 目前uClinux已被成功移植到S3C44B0及其他多款A(yù)RM芯片上，但由于嵌入式操作系統(tǒng)的運行是與嵌入式系統(tǒng)的硬件密切相關(guān)的，而硬件的設(shè)計則會因為使用場合的不同而千差萬別，因此，uClinux內(nèi)核源代碼中和硬件緊密相關(guān)的部分就應(yīng)該針對特定的硬件作出適當(dāng)?shù)男薷摹? 首先，從網(wǎng)站（www.uClinx.org）下載源碼uClinux-dist-20040408，但這個發(fā)行包中的內(nèi)核對S3C44B0X處理器的支持是不完整的，必須為內(nèi)核打上補丁uClinux-2.4.24.patch（可以從http://www.hzlitai.com.cn下載），然后在終端下執(zhí)行：patch –p0 -2.4.24.patch就可以安裝該補丁。該補丁完善了對S3C44B0的支持，但是它針對特定的硬件及Bootloader，對內(nèi)核做了相應(yīng)的修改，因此我們在做移植時應(yīng)該根據(jù)自己的BootLoader及硬件來修改內(nèi)核。修改部分如下： （1）壓縮內(nèi)核代碼起始地址修改 修改目錄linux-2.4.x/arch/armnommu/boot/下的文件Makefile里的如下代碼： ifeq ($(CONFIG_BOARD_MBA44),y) ZTEXTADDR = 0x0c300000 ZRELADDR = 0x0c008000 Endif ZTEXTADDR代表 映像文件image.rom自解壓的起始地址，它的值是由BootLoader的功能2決定的。執(zhí)行功能2，將image.rom從Flash轉(zhuǎn)移到SDRAM的地址0x0c300000,內(nèi)核自解壓，所以ZTEXTADDR必須和這個值相同。ZRELADDR代表內(nèi)核解壓后代碼輸出起始地址。 (2)處理器配置選項的修改 修改目錄linux-2.4.x/arch/armnommu/下的文件config.in里的如下代碼： define_int CONFIG_ARM_CLK 64000000 if [ "$CONFIG_SET_MEM_PARAM" = "n" ]; then define_hex DRAM_BASE 0x0C000000 define_hex DRAM_SIZE 0x00800000 define_hex FLASH_MEM_BASE 0x00000000 define_hex FLASH_SIZE 0x00200000 DRAM_BASE代表SDRAM的起始地址，DRAM_SIZE代表SDRAM的大小，F(xiàn)LASH_MEM_BASE代表Flash的起始地址, FLASH_SIZE代表Flash的大小。要根據(jù)自己的Flash和SDRAM來設(shè)定這些值 (3) 啟動uClinux后，image.rom在0xc300000處自解壓，并在0x0c000000處放置uClinux 的中斷向量表。即使uClinux 內(nèi)核已經(jīng)得到處理器的控制權(quán)運行，一旦發(fā)生中斷，處理器還是會自動跳轉(zhuǎn)到從0x0地址開始的第一級中斷向量表中的某個表項（依賴于中斷類型）處讀取指令運行。所以在編寫B(tài)ootLoader時，地址0x0處的一級異常中斷矢量表只需簡單地包含向0x0c000000處的中斷向量表的跳轉(zhuǎn)指令就可以，這樣就 能夠正確地將發(fā)生的事件交給uClinux的中斷處理程序來處理，BootLoader的第一級異常中斷向量表如下所示： b ResetHandler ;//跳轉(zhuǎn)到初始化部分 ldr pc,=0x0c000004; // Undefined Instruction Handler ldr pc,=0x0c000008; // Software Interrupt Handler ldr p |
