基于32位ARM920T内核的微处理器的嵌入式Linux系统构建详解

目前，在嵌入式系统中基于ARM微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成为当前研究的热点问题。

已经涌现出许多嵌入式操作系统，如VxWork，windows-CE，PalmOS，Linux等。在众多的嵌入式操作系统中，Linux以其开源代码及免费使用倍受开发人员的喜爱。本文选用的微处理器S3C2410是基于32位ARM920T内核的微处理器，基于此处理器构造一Linux嵌入式操作系统，将其移植到基于32位的ARM920T内核的系统中，在此基础上进行应用程序开发。

l、开发环境介绍

1.1、基于S3C2410ARM920T的硬件平台

该系统的硬件平台为深圳旋极公司提供，硬件的核心部件为三星$3C2410ARM920T芯片，外围还包括：64MNANDFLASH和RAM外围存储芯片；串口、网口和USB外围接口；CSTNLCD和触摸屏外围显示设备；UDAl34lTS的外围音频设备。S3C2410处理器和外围设备共同构成了基于ARM920T的开发板。

1.2、嵌入式Limlx软件系统

该嵌入式Linux的软件系统包括以下4个部分：引导加载程序vivi；Linux2．6．14内核；YAFFS2文件系统以及用户程序。他们的可执行映像依次存放在系统存储设备上．

与通常的嵌入式系统布局有所不同，本系统在引导加载程序和内核映像之间还增加了一个启动参数区，在这个区里存放着系统启动参数。引导加载程序通过调用这些参数来决定启动模式、启动等待时间等，这些启动参数的增加加强了系统的灵活性。本系统采用64MNANDFLASH的存储设备。

2、嵌入式Linux系统设计与实现

2.1、引导加载程序vivi

2.1.1、vivi的基本功能

该系统使用的：Bootloader是vivi，vivi是韩国MIZIResearch公司为其开发的SMDK2410开发板编写的一款引导程序。vivi是CPU加电后运行的第一段程序，其基本功能是初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而为调用嵌入式Linux内核做好准备。

vivi由2部分组成：一部分是依赖于CPU体系结构的代码，用汇编语言实现对硬件环境的初始化，并为第二部分代码的执行做好准备；另部分是用C语言实现内存空间的映射，并将Linux内存映像和根文件系统映像从FLASH上读到RAM空间中，设置好启动参数，最后调用内核。

2.1.2、Bootloadcrvivi移植

从网站www．mizi．com下载vivi源码并解压，按以下步骤进行移植，该系统使用ARM-GCC一2．95．2对vivi进行编译。

(1)、指定／vivi／Makefile文件中的CROSS-COM-PILE，Linux-INCLUDE-DIR，ARM-GCC-LIBS，如下面的参考路径：

Linux_INCLUDE_DIR=／opt／host／armv41／include／；

CROSS_COMPILE=／opt／host／armv41／bin／armv41-unknown-Linux-：

ARM-GCC-LIBS=／opt／host／armv41／lib／gcc-lib／armv41一unknown-Linux／2．95．2：

(2)、修改／vivi／arch／s3c2410／smdk．C文件里的mtd-par-tition-tdefault-mtd-partitions[]分区内容如表1所示；

(3)、增加／vivi／lib／loadyaffs．C文件，实现烧写yaffs2

映像文件；修改／vivi／lib／Config_cmd．in，增加如下一行：bool'loadyaffstOflashcommand'CONFIG-LOAD-YAFFS，使得loadyaffs命令可作为可选项；

(4)、执行make distclean：清理vivi编译环境；执行make menu config进行对vivi裁剪，根据实际情况进行选择，注意要选上"[*]load yaffs t0 flash command"因为这里用的是YAFFS2文件系统，需要vivi支持YAFFS2映像下载；执行make生成所需要的文件vivi；

(5)、采用JTAG烧写映像到目标板NAND FLASH的零地址处，实现引导程序的装载。

2.2、Linux2．6．14内核的移植

2.2.1、内核的选择

Linux内核版本的更新速度非常快，但Linux的内核版本发行同Linux对嵌入式处理器支持程度的发展是不同步的，因此，需要对特定的处理器体系结构选择合适的内核，并且根据其硬件功能部件加上相应的补丁。根据S3C2410的体系结构以及外围硬件特性，该系统采用Linux2．6．14内核，所用的编译器为ARM-Linux-GCC一3．4．1版本；由于该系统采用的是YAFFS2文件系统，因此需要从网上下载yaffs2．tar．gz文件，解压并执行"．／patch．ker．sh／I．inux2．6．14"命令，对I．inux内核打补丁使其支持YAFFS2文件系统。

2.2.2、内核的修改

(1)、修改内核源码中Makefile的交义编译项：

ARM_=arm；CROSS_COMPILE=／usr／local／arm／3．4．1／bin／arm-Linux-；

(2)、在arch／arm／mach-s3c2410／devs．C文件中：

①、增加头文件定义：

#include

#include

#inelude

②、增加staticstruct mtd-partition partition-info[]函数，建立分区表信息，分区内容如表1所示；

③、加入NandFlash分区：struet s3c241O-nand-set nandset-{nr_partitions：5，partitions：partition-info，}；

④、建立NandFlash芯片支持struct s3c2410-platform-nand superlpplatform＝{tacls：O，twrph0：30，twrphl：0，sets：＆．nandset，nr-sets：1，}；

⑤、在Nand　Flash驱动里加入Nand Flash芯片支持：在s3C-device-nand中增加．dev一{．platforM一data一＆super-lpplatform}。

(3)、在arch／arm／machs3c2410／machsmdk2410．C中的一initdata部分增加&s3c-device-nand，使内核启动时初始化NANDFLASH信息。

(4)、为了使内核支持devfs并在启动时在／sbin／init运行之前自动挂载／dev为devfs文件系统．修改fs／Kconfig．并在menu"Pseudo filesystetns"下添加如下语句：config DEVFS_FSbooI"／dev flie system support(OBOLETE) default yconfig DEVFS-MOUNTbool"Automatically mount at boot"default ydepends on DEVFS FS

2.2.3、内核的编译和加载

(1)、执行make mrproper：编译内核前清理编译环境。

(2)、执行makeme nuconfig：对内核进行配置是量体裁衣的过程．是十分复杂的过程，配置适合自已的内核可能需要多次重复的配置操作。以下根据该系统对部分配置做简单介绍：Boot options一一一>Default kernel command string

No initrd root＝／dev／mtd block3 init=／Linuxrc

console--ttySAC0.115200

说明：mtdblock3代表NANDFASH第4个分区，他足该系统的root分区；

Floating point emulation一一一>

[*]NwFPE math emulation

#选择在内核中使用NWFPE浮点模拟

File systems一一一>

<>Second extended fs support

#去除对ext2的支持

Pseu do filesystems一一>

[*]／proc file system support

[*]Virtual memory file system support(former shmfs)

[*]／dev file system support(OBSOLETE)

[*]Automatically mount at boot(NEW)

这里会看到前面修改fs／Kconfig的结果，devfs已经被支持。

Miscellaneous file systems一-->

#选择YAFFS2根文件系统

<*>YAFFS2 file system support

------512byte／pagedevices

[*]Lets Yaffs doi ts own ECC

［］Use the same ecc byte order as Steven Hill'S nand-ecc．C

一一一2048byte(or larger)／page devices

[*]Auto select yaffs2 format

[*]Disable lazy loading

(10)Reserved blocks for check pointing

[*]Turn off wide tnodes

[]Force chunk erase check

[]Cache short names in RAM

Network File Systems---〉

<*〉NFS file system support

(3)、执行makeb zlmage，成功编译后将在arch／arm／boot／下生成需要的文件zImage。

(4)、在vivi提示符下，输入"load flash kernel x"命令通过串口下载内核映像到NAND FLASH的KERNEL分区中。

2.3、文件系统

Linux采用文件系统组织系统中的文件和设备，为设备和用户程序提供统一接口。他支持CRAMFS，JFFS2.RAMDISK等多种文件系统。本系统使用可读写的YAFFS2根文件系统。

2.3.1、YAFFS2文件系统简介

YAFFS2是YAFFS(Yet Ano ther FLASH File System)的升级版，能更好地支持NAND FLASH，是一种类似于JFFS的专门为FLASH设计的嵌入式文件系统。与JFFS相比，他减少了一些功能，因此速度更快、占用内存更少。NAND　FLASH大多采用MTD+YAFFS的模式，通过YAFFS文件系统，可以像操作硬盘上的文件一样操作FLASH中的数据，在系统断电后数据仍然存储在FLASH芯片中．

2.3.2、根文件制作

(1)、建立根文件系统目录root，在root目录下建讧子日录bin，sbin，dev，etc，proc，lib，user；

／bin：保存大多数如init．busybox，shell．文件管理实用程序等二进制文件；

／sbin：保存系统启动过程通常需要的命令；

/dev：包含用在设备中的所有没备节点；

/etc：包含系统的所有配置文件；

／proc：这是一个必须设置的特殊目录，在系统运行之后他下面有许多内容，在某些情况下，可以通过他进行系统设置，许多工具能从这里获得信息。在编译内核时要选择文件系统proc的支持；/lib：包含所有必要的库；

/user：存放用户程序。

(2)、编译busybox．busyh。x足一个著名的开源软件．他以极小型的应用程序集成了一百多个最常用的Linux命令，闪此享有"嵌入式Linux的瑞士军刀"的美臀。首先，从网上下载busybox源码．该系统使用的是1．1．3版本；其次，执行make　menu　config命令．根据实际需求进行功能配置，该系统将busybox编详为静态连接；最后：执行FIlakca11install进行编译、安装；编译器为：ARM-Linux-GCC一3．4．1，安装路径与上述root为同一路径。这样在root目录下将有脚本Linuxrc．在/bin，/sbin日录下将订busy box提供的指向busy box的符号连接命令集。

(3)、编写启动脚本：一般系统启动时都会按要求执行相应的初始化操作。写住命令仃的init＝/Liunxrc·这个Linuxrc足指向/etc／init．d/rcS文件的一个符号连接。在rcs文件中列出了Linux仞始化要执行的文件．例如．初始化进程init、挂载根系统、挂载模块化设备驱动等。rcs的作用相当于windoWS中的autocxec．bat文什，由于对于不同的应用rcS的内容变化很大，因此应根据实际需要编写rcS的内容。

(4)、制作YAFFs2映象：利用实用程序nlkyaffsinlage(mkvaffmage与root目录在同一路径下)制作YAFFS2映像root.img命令为：

#．／inkyaffsimagerootroot.Inlgroot．img就是所需要的YAFFS2文件系统；

(5)文件系统映像下载：在vivi提示符下，执仃"loadyaffsrootx"选择root．inlg将文件通过串口下载到NANDFLASH的root分区中．然后复化或重启开发板，就可以启动Linux系统。

3、结语

通过对嵌入式系统ARNI平台的构建，分析bootloadervivj的功能．阐述了Linux内核的移植，同时也解释r制作YAFFS2文件系统的步骤和方法．意在给嵌入式系统平台的搭建有个整体的把握和认识，以降低进入ARM嵌入式开发应用领域的门槛，进一步推进嵌入式软硬件开发的进程。