嵌入式Linux系統(tǒng)移植的四大步驟介紹資料下載

嵌入式Linux系統(tǒng)移植主要由四大部分組成： ? ? 搭建交叉開發(fā)環(huán)境； ? ? bootloader的選擇和移植； ? ? kernel的配置、編譯、和移植； ? ? 根文件系統(tǒng)的制作； 第一部分：搭建交叉開發(fā)環(huán)境 先介紹第一分部的內(nèi)容：搭建交叉開發(fā)環(huán)境，首先必須得思考兩個(gè)問題，什么是交叉環(huán)境? 為什么需要搭建交叉環(huán)境？ 先回答第一個(gè)問題，在嵌入式開發(fā)中，交叉開發(fā)是很重要的一個(gè)概念，開發(fā)的第一個(gè)環(huán)節(jié)就是搭建環(huán)境，第一步不能完成，后面的步驟從無談起，這里所說的交叉開發(fā)環(huán)境主要指的是：在開發(fā)主機(jī)上(通常是我的pc機(jī))開發(fā)出能夠在目標(biāo)機(jī)(通常是我們的開發(fā)板)上運(yùn)行的程序。嵌入式比較特殊的是不能在目標(biāo)機(jī)上開發(fā)程序(狹義上來說)，因?yàn)閷?duì)于一個(gè)原始的開發(fā)板，在沒有任何程序的情況下它根本都跑不起來，為了讓它能夠跑起來，我們還必須要借助pc機(jī)進(jìn)行燒錄程序等相關(guān)工作，開發(fā)板才能跑起來，這里的pc機(jī)就是我們說的開發(fā)主機(jī)，想想如果沒有開發(fā)主機(jī)，我們的目標(biāo)機(jī)基本上就是無法開發(fā)，這也就是電子行業(yè)的一句名言：搞電子，說白了，就是玩電腦！ 然后回答第二個(gè)問題，為什么需要交叉開發(fā)環(huán)境？主要原因有以下幾點(diǎn)： 原因1：嵌入式系統(tǒng)的硬件資源有很多限制，比如cpu主頻相對(duì)較低，內(nèi)存容量較小等，想想讓幾百M(fèi)HZ主頻的MCU去編譯一個(gè)Linux kernel會(huì)讓我們等的不耐煩，相對(duì)來說，pc機(jī)的速度更快，硬件資源更加豐富，因此利用pc機(jī)進(jìn)行開發(fā)會(huì)提高開發(fā)效率。 原因2：嵌入式系統(tǒng)MCU體系結(jié)構(gòu)和指令集不同，因此需要安裝交叉編譯工具進(jìn)行編譯，這樣編譯的目標(biāo)程序才能夠在相應(yīng)的平臺(tái)上比如：ARM、MIPS、POWEPC上正常運(yùn)行。 交叉開發(fā)環(huán)境的硬件組成主要由以下幾大部分： 1.開發(fā)主機(jī) 2.目標(biāo)機(jī)（開發(fā)板） 3.二者的鏈接介質(zhì)，常用的主要有3中方式： (1)串口線 (2)USB線 (3)網(wǎng)線 對(duì)應(yīng)的硬件介質(zhì)，還必須要有相應(yīng)的軟件“介質(zhì)”支持： 1.對(duì)于串口，通常用的有串口調(diào)試助手，putty工具等，工具很多，功能都差不多，會(huì)用一兩款就可以； 2.對(duì)于USB線，當(dāng)然必須要有USB的驅(qū)動(dòng)才可以，一般芯片公司會(huì)提供，比如對(duì)于三星的芯片，USB下載主要由DNW軟件來完成； 3.對(duì)于網(wǎng)線，則必須要有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持才可以，常用的服務(wù)主要兩個(gè) ? ? tftp服務(wù)：主要用于實(shí)現(xiàn)文件的下載，比如開發(fā)調(diào)試的過程中，主要用tftp把要測(cè)試的bootloader、kernel和文件系統(tǒng)直接下載到內(nèi)存中運(yùn)行，而不需要預(yù)先燒錄到Flash芯片中，一方面，在測(cè)試的過程中，往往需要頻繁的下載，如果每次把這些要測(cè)試的文件都燒錄到Flash中然后再運(yùn)行也可以，但是缺點(diǎn)是：過程比較麻煩，而且Flash的擦寫次數(shù)是由限的；另外一方面：測(cè)試的目的就是把這些目標(biāo)文件加載到內(nèi)存中直接運(yùn)行就可以了，而tftp就剛好能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的功能，因此，更沒有必要把這些文件都燒錄到Flash中去 ? ? nfs服務(wù)：主要用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)文件的掛載，實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)文件的共享，在開發(fā)的過程中，通常在系統(tǒng)移植的最后一步會(huì)制作文件系統(tǒng)，那么這是可以把制作好的文件系統(tǒng)放置在我們開發(fā)主機(jī)PC的相應(yīng)位置，開發(fā)板通過nfs服務(wù)進(jìn)行掛載，從而測(cè)試我們制作的文件系統(tǒng)是否正確，在整個(gè)過程中并不需要把文件系統(tǒng)燒錄到Flash中去，而且掛載是自動(dòng)進(jìn)行掛載的，bootload啟動(dòng)后，kernel運(yùn)行起來后會(huì)根據(jù)我們?cè)O(shè)置的啟動(dòng)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)掛載，因此，對(duì)于開發(fā)測(cè)試來講，這種方式非常的方便，能夠提高開發(fā)效率。 另外，還有一個(gè)名字叫samba的服務(wù)也比較重要，主要用于文件的共享，這里說的共享和nfs的文件共享不是同一個(gè)概念，nfs的共享是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)文件的共享，而samba實(shí)現(xiàn)的是開發(fā)主機(jī)上Windows主機(jī)和Linux虛擬機(jī)之間的文件共享，是一種跨平臺(tái)的文件共享，方便的實(shí)現(xiàn)文件的傳輸。 以上這幾種開發(fā)的工具在嵌入式開發(fā)中是必備的工具，對(duì)于嵌入式開發(fā)的效率提高做出了偉大的貢獻(xiàn)，因此，要對(duì)這幾個(gè)工具熟練使用，這樣你的開發(fā)效率會(huì)提高很多。等測(cè)試完成以后，就會(huì)把相應(yīng)的目標(biāo)文件燒錄到Flash中去，也就是等發(fā)布產(chǎn)品的時(shí)候才做的事情，因此對(duì)于開發(fā)人員來說，所有的工作永遠(yuǎn)是測(cè)試。 通過前面的工作，我們已經(jīng)準(zhǔn)備好了交叉開發(fā)環(huán)境的硬件部分和一部分軟件，最后還缺少交叉編譯器，讀者可能會(huì)有疑問，為什么要用交叉編譯器？前面已經(jīng)講過，交叉開發(fā)環(huán)境必然會(huì)用到交叉編譯工具，通俗地講就是在一種平臺(tái)上編譯出能運(yùn)行在體系結(jié)構(gòu)不同的另一種平臺(tái)上的程序，開發(fā)主機(jī)PC平臺(tái)（X86 CPU）上編譯出能運(yùn)行在以ARM為內(nèi)核的CPU平臺(tái)上的程序，編譯得到的程序在X86 CPU平臺(tái)上是不能運(yùn)行的，必須放到ARM CPU平臺(tái)上才能運(yùn)行，雖然兩個(gè)平臺(tái)用的都是Linux系統(tǒng)。相對(duì)于交叉編譯，平常做的編譯叫本地編譯，也就是在當(dāng)前平臺(tái)編譯，編譯得到的程序也是在本地執(zhí)行。用來編譯這種跨平臺(tái)程序的編譯器就叫交叉編譯器，相對(duì)來說，用來做本地編譯的工具就叫本地編譯器。所以要生成在目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行的程序，必須要用交叉編譯工具鏈來完成。 這里又有一個(gè)問題，不就是一個(gè)交叉編譯工具嗎？為什么又叫交叉工具鏈呢？原因很簡(jiǎn)單，程序不能光編譯一下就可以運(yùn)行，還得進(jìn)行匯編和鏈接等過程，同時(shí)還需要進(jìn)行調(diào)試，對(duì)于一個(gè)很大工程，還需要進(jìn)行工程管理等等，所以，這里 說的交叉編譯工具是一個(gè)由編譯器、連接器和解釋器組成的綜合開發(fā)環(huán)境，交叉編譯工具鏈主要由binutils(主要包括匯編程序as和鏈接程序ld)、gcc(為GNU系統(tǒng)提供C編譯器)和glibc(一些基本的C函數(shù)和其他函數(shù)的定義) 3個(gè)部分組成。有時(shí)為了減小libc庫的大小，也可以用別的 c 庫來代替 glibc，例如 uClibc、dietlibc 和 newlib。 那么，如何得到一個(gè)交叉工具鏈呢？是從網(wǎng)上下載一個(gè)“程序”然后安裝就可以使用了嗎？回答這個(gè)問題之前先思考這樣一個(gè)問題，我們的交叉工具鏈顧名思義就是在PC機(jī)上編譯出能夠在我們目標(biāo)開發(fā)平臺(tái)比如ARM上運(yùn)行的程序，這里就又有一個(gè)問題了，我們的ARM處理器型號(hào)非常多，難道有專門針對(duì)我們某一款的交叉工具鏈嗎？若果有的話，可以想一想，這么多處理器平臺(tái)，每個(gè)平臺(tái)專門定制一個(gè)交叉工具鏈放在網(wǎng)絡(luò)上，然后供大家去下載，想想可能需要找很久才能找到適合你的編譯器，顯然這種做法不太合理，且浪費(fèi)資源！因此，要得到一個(gè)交叉工具鏈，就像我們移植一個(gè)Linux內(nèi)核一樣，我們只關(guān)心我們需要的東西，編譯我們需要的東西在我們的平臺(tái)上運(yùn)行，不需要的東西我們不選擇不編譯，所以，交叉工具鏈的制作方法和系統(tǒng)移植有著很多相似的地方，也就是說，交叉開發(fā)工具是一個(gè)支持很多平臺(tái)的工具集的集合(類似于Linux源碼)，然后我們只需從這些工具集中找出跟我們平臺(tái)相關(guān)的工具就行了，那么如何才能找到跟我們的平臺(tái)相關(guān)的工具，這就是涉及到一個(gè)如何制作交叉工具鏈的問題了。 通常構(gòu)建交叉工具鏈有如下三種方法： 方法一 ：分步編譯和安裝交叉編譯工具鏈所需要的庫和源代碼，最終生成交叉編譯工具鏈。該方法相對(duì)比較困難，適合想深入學(xué)習(xí)構(gòu)建交叉工具鏈的讀者。如果只是想使用交叉工具鏈，建議使用下列的方法二構(gòu)建交叉工具鏈。 方法二： 通過Crosstool-ng腳本工具來實(shí)現(xiàn)一次編譯，生成交叉編譯工具鏈，該方法相對(duì)于方法一要簡(jiǎn)單許多，并且出錯(cuò)的機(jī)會(huì)也非常少，建議大多數(shù)情況下使用該方法構(gòu)建交叉編譯工具鏈。 方法三 ：直接通過網(wǎng)上下載已經(jīng)制作好的交叉編譯工具鏈。該方法的優(yōu)點(diǎn)不用多說，當(dāng)然是簡(jiǎn)單省事，但與此同時(shí)該方法有一定的弊端就是局限性太大，因?yàn)楫吘故莿e人構(gòu)建好的，也就是固定的，沒有靈活性，所以構(gòu)建所用的庫以及編譯器的版本也許并不適合你要編譯的程序，同時(shí)也許會(huì)在使用時(shí)出現(xiàn)許多莫名其妙的錯(cuò)誤，建議讀者慎用此方法。 crosstool-ng是一個(gè)腳本工具，可以制作出適合不同平臺(tái)的交叉編譯工具鏈，在進(jìn)行制作之前要安裝一下軟件： $ sudo apt-get install g libncurses5-dev bison flex texinfo automake libtool patch gcj cvs cvsd gawk crosstool腳本工具可以在下載到本地，然后解壓，接下來就是進(jìn)行安裝配置了，這個(gè)配置優(yōu)點(diǎn)類似內(nèi)核的配置。 主要的過程有以下幾點(diǎn)： 1. 設(shè)定源碼包路徑和交叉編譯器的安裝路徑 2. 修改交叉編譯器針對(duì)的構(gòu)架 3. 增加編譯時(shí)的并行進(jìn)程數(shù)，以增加運(yùn)行效率，加快編譯，因?yàn)檫@個(gè)編譯會(huì)比較慢。 4. 關(guān)閉JAVA編譯器 ，減少編譯時(shí)間 5. 編譯 6. 添加環(huán)境變量 7. 刷新環(huán)境變量。 8. 測(cè)試交叉工具鏈 到此，嵌入式Linux系統(tǒng)移植四大部分的第一部分工作全部完成，接下來可以進(jìn)行后續(xù)的開發(fā)了。 第二部分：bootloader的選擇和移植 一、Boot Loader 概念 就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)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(gè)合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境，他就是所謂的引導(dǎo)加載程序（Boot Loader）。 【圖1】Flash存儲(chǔ)中存放文件的分布圖 二、為什么系統(tǒng)移植之前要先移植BootLoader？ BootLoader的任務(wù)是引導(dǎo)操作系統(tǒng)，所謂引導(dǎo)操作系統(tǒng)，就是啟動(dòng)內(nèi)核，讓內(nèi)核運(yùn)行就是把內(nèi)核加載到內(nèi)存RAM中去運(yùn)行，那先問兩個(gè)問題：第一個(gè)問題，是誰把內(nèi)核搬到內(nèi)存中去運(yùn)行？第二個(gè)問題：我們說的內(nèi)存是SDRAM，大家都知道，這種內(nèi)存和SRAM不同，最大的不同就是SRAM只要系統(tǒng)上電就可以運(yùn)行，而SDRAM需要軟件進(jìn)行初始化才能運(yùn)行，那么在把內(nèi)核搬運(yùn)到內(nèi)存運(yùn)行之前必須要先初始化內(nèi)存吧，那么內(nèi)存是由誰來初始化的呢？其實(shí)這兩件事情都是由bootloader來干的，目的是為內(nèi)核的運(yùn)行準(zhǔn)備好軟硬件環(huán)境，沒有bootloadr我們的系統(tǒng)當(dāng)然不能跑起來。 三、bootloader的分類。 首先更正一個(gè)錯(cuò)誤的說法，很多人說bootloader就是U-boot，這種說法是錯(cuò)誤的，確切來說是u-boot是bootloader的一種。也就是說bootloader具有很多種類，大概的分類如下圖所示：