嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)教程 課件 第7章 嵌入式系統(tǒng)的移植

第8章

嵌入式系統(tǒng)移植移植的基本概念使某個(gè)平臺(tái)的代碼運(yùn)行在其他平臺(tái)上的過(guò)程就叫做移植。如Linux系統(tǒng)通過(guò)移植可以運(yùn)行在ARM，PowerPC，M68K等多種平臺(tái)上。軟件的移植:從一個(gè)硬件平臺(tái)移植到另一個(gè)硬件平臺(tái)從一個(gè)操作系統(tǒng)移植到另一個(gè)操作系統(tǒng)軟件進(jìn)行移植的容易程度即可移植性3嵌入式系統(tǒng)需要移植什么？Bootloader操作系統(tǒng)內(nèi)核（kernel）文件系統(tǒng)硬件驅(qū)動(dòng)應(yīng)用程序嵌入式系統(tǒng)的BootLoader程序相當(dāng)于PC中BIOS+MBR大多數(shù)BootLoader程序都包括兩種不同的操作模式：?jiǎn)?dòng)加載模式（Bootloading）下載模式(Downloading)BootLoader1、把Linux操作系統(tǒng)針對(duì)具體的目標(biāo)平臺(tái)做必要的改寫(xiě)之后，安裝到該目標(biāo)平臺(tái)使其正確運(yùn)行，這就叫內(nèi)核移植。2、因?yàn)椴煌那度胧较到y(tǒng)使用的微處理器不同，且硬件設(shè)計(jì)時(shí)，可能存儲(chǔ)器安排的地址也不同。因此要根據(jù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、硬件的結(jié)構(gòu)來(lái)修改源代碼，否則系統(tǒng)不能正確運(yùn)行。3、一般由將它打到內(nèi)核上，最后進(jìn)行交叉編譯就行。目標(biāo)平臺(tái)提供商來(lái)完成。例如ARM平臺(tái)，它的這部分工作就是由ARM公司的工程師完成的。我們所做的就是：下載相關(guān)版本的linux內(nèi)核補(bǔ)丁，操作系統(tǒng)內(nèi)核

根文件系統(tǒng)是Linux操作系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所需要的特有文件系統(tǒng)，相當(dāng)于Windows中的C盤(pán)。不僅具有普通文件系統(tǒng)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)文件的功能，還被操作系統(tǒng)用來(lái)存儲(chǔ)運(yùn)行時(shí)所需要的一些特殊文件。這些特殊文件包括操作系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的配置數(shù)據(jù)文件（通常位于/etc目錄下)和設(shè)備文件（位于/dev目錄下）。操作系統(tǒng)通過(guò)使用它們來(lái)與應(yīng)用程序進(jìn)行接口，并與設(shè)備進(jìn)行交互。根文件系統(tǒng)

指系統(tǒng)啟動(dòng)后運(yùn)行的程序，如手機(jī)上啟動(dòng)的第一個(gè)程序，有的是Android程序，有的是Qt程序，根據(jù)不同的需求不一而足。

有的應(yīng)用程序直接放在根文件系統(tǒng)，有的則是存放在另外的文件系統(tǒng)。應(yīng)用程序從Linux系統(tǒng)角度看，通常可以分為四個(gè)層次，即：引導(dǎo)加載程序（BootLoader）Linux內(nèi)核根文件系統(tǒng)用戶(hù)應(yīng)用程序嵌入式軟件系統(tǒng)分四層2025/1/9操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)9Linux操作系統(tǒng)移植獲取內(nèi)核源碼構(gòu)建交叉編譯環(huán)境101、獲得內(nèi)核代碼，并解壓內(nèi)核源碼的官方網(wǎng)址：此處的內(nèi)核首先確保的是在Intelx86體系結(jié)構(gòu)上可以正常運(yùn)行。國(guó)內(nèi)鏡像/sites//pub/linux/kernel/Linux下輸入以下命令可獲得linux的代碼：sudowget/sites//pub/linux/kernel/v.../linux-版本號(hào).tar.xzARM體系結(jié)構(gòu)的源碼網(wǎng)址：.uk/developer獲得內(nèi)核源碼#cd/root/yizhi/boot-kernel-source/#tariTop4412_Kernel_3.0_20191007.tar.gz#cdiTop4412_Kernel_3.0鏡像中的內(nèi)核源代碼：/root/yizhi/boot-kernel-source/iTop4412_Kernel_3.0_20191007.tar.gz解壓縮代碼：內(nèi)核源碼目錄結(jié)構(gòu)分析arch與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的代碼。對(duì)應(yīng)于每個(gè)支持的體系結(jié)構(gòu)，有一個(gè)相應(yīng)的子目錄如x86、arm等，每個(gè)體系結(jié)構(gòu)子目錄下包含幾個(gè)主要子目錄：.boot啟動(dòng)內(nèi)核所需的平臺(tái)特有代碼.kernel體系結(jié)構(gòu)特有特征（如SMP）的實(shí)現(xiàn).mm 與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的內(nèi)存管理代碼.lib 與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的通用函數(shù)的實(shí)現(xiàn)內(nèi)核源碼目錄結(jié)構(gòu)分析drivers所有設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序代碼，它占整個(gè)內(nèi)核代碼量一半以上，每一個(gè)子目錄對(duì)應(yīng)一類(lèi)驅(qū)動(dòng)程序。fs文件系統(tǒng)代碼，每個(gè)支持的文件系統(tǒng)有相應(yīng)的子目錄，如cramfs,yaffs，jffs2等include

包括編譯內(nèi)核所需的大部分頭文件，與平臺(tái)無(wú)關(guān)的頭文件放在include/linux子目錄下，平臺(tái)相關(guān)的頭文件如include/asm-arm內(nèi)核源碼目錄結(jié)構(gòu)分析init內(nèi)核初始化代碼kernel內(nèi)核管理核心代碼lib庫(kù)函數(shù)代碼Mm內(nèi)存管理代碼net網(wǎng)絡(luò)支持代碼sound音頻設(shè)備驅(qū)動(dòng)代碼scripts用于配置內(nèi)核的腳本文件documentation內(nèi)核相關(guān)文檔2、構(gòu)建交叉編譯環(huán)境搭建交叉編譯環(huán)境是嵌入式開(kāi)發(fā)的第一步，也是很關(guān)鍵的一步。不同的體系結(jié)構(gòu)、不同的操作內(nèi)容設(shè)置是不同的版本的內(nèi)核，都會(huì)用到不同的交叉編譯器。選擇交叉編譯器非常重要，有些交叉編譯器經(jīng)常會(huì)有部分的bug，都會(huì)導(dǎo)致最后的代碼無(wú)法正常運(yùn)行。gcc的版本有很多種，我們采用arm-linux-gcc2009q3版本修改交叉編譯環(huán)境cd輸入以下命令查看編譯器版本arm-none-gnueabi-linux-gcc-vvim.bashrc在最后一行加入：exportPATH=$PATH:/usr/local/arm/arm-2009q3/bin:wq保存退出輸入exit推出root用戶(hù)重新su進(jìn)入rootLinux內(nèi)核配置（1）尺寸小。

自己定制內(nèi)核可以使代碼尺寸減小，運(yùn)行將會(huì)更快。（2）節(jié)省內(nèi)存。

由于內(nèi)核部分代碼永遠(yuǎn)占用物理內(nèi)存，定制內(nèi)核可以使系統(tǒng)擁有更多的可用物理內(nèi)存。（3）減少漏洞。

不需要的功能編譯進(jìn)入內(nèi)核可能會(huì)增加被系統(tǒng)攻擊者利用的機(jī)會(huì)。（4）動(dòng)態(tài)加載模塊。

根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)地加載或者卸載模塊，可以節(jié)省系統(tǒng)內(nèi)存。

因此，在編譯之前必須根據(jù)特定平臺(tái)配置內(nèi)核源代碼。Linux內(nèi)核有上千個(gè)配置選項(xiàng)，配置相當(dāng)復(fù)雜。所以，Linux內(nèi)核源代碼組織了一個(gè)配置系統(tǒng)。

18Makefile與.configLinux的Makefile分析

內(nèi)核源碼中含有很多個(gè)Makefile文件，這些Makefile文件又要包含其他一些文件（比如配置信息、通用規(guī)則等。）這些文件構(gòu)成了Linux的Makefile體系，可以分為如下五類(lèi)：名稱(chēng)描述頂層Makefile它是所有makefile文件的核心，從總體上控制著內(nèi)核的編譯、連接.config配置文件，在配置內(nèi)核時(shí)生成。根據(jù).config可以確定在編譯內(nèi)核時(shí)需要使用哪些文件arch/$(ARCH)/Makefile對(duì)應(yīng)體系結(jié)構(gòu)的Makefile，它用來(lái)決定哪些體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的文件參與內(nèi)核的生成，并提供一些規(guī)則來(lái)生成特定格式的內(nèi)核映像Scripts/Makefile.*Makefile共用的通用規(guī)則、腳本等KbuildMakefiles各級(jí)子目錄下的makefile，他們相對(duì)簡(jiǎn)單，被上一層makefile調(diào)用來(lái)編譯當(dāng)前目錄下的文件Makefile是如何決定編譯哪些文件？1）.config配置文件中定義了一系列的變量，Makefile將結(jié)合這些變量來(lái)決定哪些文件被編譯進(jìn)內(nèi)核、哪些文件被編譯成模塊、涉及哪些子目錄。2）

編譯過(guò)程從頂層Makefile文件開(kāi)始，然后遞歸地進(jìn)入各級(jí)子目錄調(diào)用他們的makefile，分為三個(gè)步驟：頂層Makefile決定內(nèi)核根目錄下哪些子目錄將被編進(jìn)內(nèi)核Arch/$(ARCH)/Makefile決定arch/$(ARCH)目錄下哪些文件、哪些目錄將被編譯進(jìn)內(nèi)核各級(jí)子目錄下的Makefile決定所在目錄下哪些文件將被編譯進(jìn)內(nèi)核，哪些文件將被編譯成模塊（即驅(qū)動(dòng)程序），進(jìn)入哪些子目錄繼續(xù)調(diào)用他們的Makefile。2025/1/9操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)20Makefile與.configLinux內(nèi)核中的.config文件默認(rèn)是隱藏的，可以輸入指令“l(fā)s–a”查看

如何得到.config？?jī)?nèi)核源碼每個(gè)子目錄中都有一個(gè)Makefile與Kconfig。

Kconfig是各種配置界面的源文件。內(nèi)核的配置工具讀取各個(gè)Kconfig文件，生成配置界面供開(kāi)發(fā)人員配置內(nèi)核，最后生成配置文件.configArch/arm/mach-exynos/Kconfig配置命令有三種：makeconfig字符界面

makemenuconfigNcurses圖形界面makexconfigXwindows圖形界面配置文件：執(zhí)行以上任意一個(gè)命令配置內(nèi)核后生成文件.config，執(zhí)行make時(shí)根據(jù).config來(lái)決定使用哪些Makefile配置內(nèi)核1、執(zhí)行配置命令配置內(nèi)核一般運(yùn)行makemenuconfig配置內(nèi)核，內(nèi)核的配置選項(xiàng)有很多，用戶(hù)可以使用提供的預(yù)配置文件，也可以自行配置，選擇相應(yīng)的配置時(shí)，有三種選擇(按空格鍵進(jìn)行選擇)，它們分別代表的含義如下：

[*]－將該功能編譯進(jìn)內(nèi)核

[]－不將該功能編譯進(jìn)內(nèi)核

[M]－將該功能編譯成可以在需要時(shí)動(dòng)態(tài)插入到內(nèi)核中的模塊配置和編譯內(nèi)核配置和編譯內(nèi)核如果要利用默認(rèn)配置做自己的配置單

（不做）

在目錄arch/arm/configs下有所有的系統(tǒng)針對(duì)各種平臺(tái)的默認(rèn)配置單，其中exynos4_defconfig為4412cpu的默認(rèn)配置單，用戶(hù)也可以在這個(gè)配置單的基礎(chǔ)上進(jìn)行配置。輸入命令

makeexynos4_defconfig再輸入命令makemenuconfig，在進(jìn)行修改。載入配置文件

arch/arm/configs/exynos4_defconfig2025/1/9操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)26配置和編譯內(nèi)核2、保存配置單

將其保存為”.config”文件，因?yàn)榫幾g系統(tǒng)時(shí)會(huì)調(diào)用該文件編譯內(nèi)核內(nèi)核文件：vmlinux編譯出來(lái)的最原始的內(nèi)核文件，未壓縮zImage是vmlinux經(jīng)過(guò)gzip壓縮后的文件

uImageU-boot專(zhuān)用的映像文件，由bootm命令啟動(dòng)

4、輸入”makezImage”，編譯完畢后，會(huì)在內(nèi)核源碼的“arch/arm/boot”目錄下面生成名為“zImage”的鏡像，然后可以將其燒寫(xiě)到開(kāi)發(fā)板中。配置和編譯內(nèi)核5、后續(xù)工作前面所做的工作僅僅只是皮毛，移植一個(gè)Linux內(nèi)核遠(yuǎn)比這復(fù)雜移植Bootloader、移植內(nèi)核、移植驅(qū)動(dòng)、移植根文件系統(tǒng)、移植圖形開(kāi)發(fā)界面等等。將自己編寫(xiě)的VirtualCharDev驅(qū)動(dòng)加入到內(nèi)核1、將VirtualCharDev.c和VirtualCharDev.h拷貝到內(nèi)核代碼iTop4412_Kernel_3.0/drivers/char目錄下cd/root/yizhi/boot_kernel_source/iTop4412_Kernel_3.0/drivers/charcp/home/xitee/driver/VirtualCharDev/VirtualCharDev.c./cp/home/xitee/driver/VirtualCharDev/VirtualCharDev.h./將自己編寫(xiě)的VirtualCharDev驅(qū)動(dòng)加入到內(nèi)核2、修改MakefilevimMakefile到文件最末端加入一句：obj-$(CONFIG_VIRTDEV_CTL)+=VirtualCharDev.o保存退出將自己編寫(xiě)的VirtualCharDev驅(qū)動(dòng)加入到內(nèi)核3、修改KconfigvimKconfig到文件最末端endmenu前加入一段：保存退出將自己編寫(xiě)的VirtualCharDev驅(qū)動(dòng)加入到內(nèi)核4、退回到內(nèi)核目錄(iTop4412_Kernel_3.0)下cd../..makemenuconfig選中對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目將自己編寫(xiě)的VirtualCharDev驅(qū)動(dòng)加入到內(nèi)核5、vim.config可查看到CONFIG_VIRTDEV_CTL=y表示該選項(xiàng)已被選中編譯，6、makezImage在…./drivers/char目錄下可看到Virt