目前，在嵌入式系統(tǒng)中基于ARM微核的嵌入式處理器已經(jīng)成為市場主流。隨著ARM技術(shù)的廣泛應(yīng)用，建立面向ARM構(gòu)架的嵌入式操作系統(tǒng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題。已經(jīng)涌現(xiàn)出許多嵌入式操作系統(tǒng)，如VxWork，windows-CE，PalmOS，Linux等。在眾多的嵌入式操作系統(tǒng)中，Linux以其開源代碼及免費(fèi)使用倍受開發(fā)人員的喜愛。本文選用的微處理器S3C2410是基于32位ARM920T內(nèi)核的微處理器，基于此處理器構(gòu)造一Linux嵌入式操作系統(tǒng)，將其移植到基于32位的ARM920T內(nèi)核的系統(tǒng)中，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)。 1 開發(fā)環(huán)境介紹 1．1 基于S3C2410 ARM920T的硬件平臺 該系統(tǒng)的硬件平臺為深圳旋極公司提供，硬件的核心部件為三星$3C2410 ARM920T芯片，外圍還包括：64 M NAND FLASH和RAM外圍存儲芯片；串口、網(wǎng)口和USB外圍接口；CSTN LCD和觸摸屏外圍顯示設(shè)備；UDAl34lTS的外圍音頻設(shè)備。S3C2410處理器和外圍設(shè)備共同構(gòu)成了基于ARM920T的開發(fā)板。 1．2嵌入式Limlx軟件系統(tǒng) 該嵌入式Linux的軟件系統(tǒng)包括以下4個(gè)部分：引導(dǎo)加載程序vivi；Linux2．6．14內(nèi)核；YAFFS2文件系統(tǒng)以及用戶程序。他們的可執(zhí)行映像依次存放在系統(tǒng)存儲設(shè)備上，如圖1所示： 與通常的嵌入式系統(tǒng)布局有所不同，本系統(tǒng)在引導(dǎo)加載程序和內(nèi)核映像之間還增加了一個(gè)啟動參數(shù)區(qū)，在這個(gè)區(qū)里存放著系統(tǒng)啟動參數(shù)。引導(dǎo)加載程序通過調(diào)用這些參數(shù)來決定啟動模式、啟動等待時(shí)間等，這些啟動參數(shù)的增加加強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。本系統(tǒng)采用64 M NANDFLASH的存儲設(shè)備，其布局如表1所示。 2嵌入式Linux系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2．1 引導(dǎo)加載程序vivi 2．1．1 vivi的基本功能 該系統(tǒng)使用的：Bootloader是vivi，vivi是韓國MIZIResearch公司為其開發(fā)的SMDK2410開發(fā)板編寫的一款引導(dǎo)程序。vivi是CPU加電后運(yùn)行的第一段程序，其基本功能是初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而為調(diào)用嵌入式Linux內(nèi)核做好準(zhǔn)備。 vivi由2部分組成：一部分是依賴于CPU體系結(jié)構(gòu)的代碼，用匯編語言實(shí)現(xiàn)對硬件環(huán)境的初始化，并為第二部分代碼的執(zhí)行做好準(zhǔn)備；另部分是用C語言實(shí)現(xiàn)內(nèi)存空間的映射，并將Linux內(nèi)存映像和根文件系統(tǒng)映像從FLASH上讀到RAM空間中，設(shè)置好啟動參數(shù)，最后調(diào)用內(nèi)核。 2．1．2 Bootloadcrvivi移植 從網(wǎng)站www．mizi．com下載vivi源碼并解壓，按以下步驟進(jìn)行移植，該系統(tǒng)使用ARM-GCC一2．95．2對vivi進(jìn)行編譯。 （1）指定／vivi／Makefile文件中的CROSS-COM-PILE，Linux-INCLUDE-DIR，ARM-GCC-LIBS，如下面的參考路徑： Linux_INCLUDE_DIR=／opt／host／armv41／include／； CROSS_COMPILE=／opt／host／armv41／bin／armv41一UD- known-Linux一： ARM-GCC-LIBS=／opt／host／armv41／lib／gcc-lib／ar- mv41一unknown-Linux／2．95．2： （2）修改／vivi／arch／s3c2410／smdk．C文件里的mtd-par-tition-t default-mtd-partitions[]分區(qū)內(nèi)容如表1所示； （3）增加／vivi／lib／loadyaffs．C文件，實(shí)現(xiàn)燒寫yaffs2 映像文件；修改／vivi／lib／Config_cmd．in，增加如下一行：bool‘load yaffs tO flash command‘CONFIG-LOAD-YAFFS，使得loadyaffs命令可作為可選項(xiàng)； （4）執(zhí)行make distclean：清理vivi編譯環(huán)境；執(zhí)行make menuconfig進(jìn)行對vivi裁剪，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，注意要選上"[＊]load yaffs tO flash command"因?yàn)檫@里用的是YAFFS2文件系統(tǒng)，需要vivi支持YAFFS2映像下載；執(zhí)行make生成所需要的文件vivi； （5）采用JTAG燒寫映像到目標(biāo)板NAND FLASH的零地址處，實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)程序的裝載。 2．2 Linux2．6．14內(nèi)核的移植 2．2．1 內(nèi)核的選擇 Linux內(nèi)核版本的更新速度非?？?，但Linux的內(nèi)核版本發(fā)行同Linux對嵌入式處理器支持程度的發(fā)展是不同步的，因此，需要對特定的處理器體系結(jié)構(gòu)選擇合適的內(nèi)核，并且根據(jù)其硬件功能部件加上相應(yīng)的補(bǔ)丁。根據(jù)$3C2410的體系結(jié)構(gòu)以及外圍硬件特性，該系統(tǒng)采用Linux2．6．14內(nèi)核，所用的編譯器為ARM-Linux-GCC一3．4．1版本；由于該系統(tǒng)采用的是YAFFS2文件系統(tǒng)，因此需要從網(wǎng)上下載yaffs2．tar．gz文件，解壓并執(zhí)行"．／patch．ker．sh／I．inux2．6．14"命令，對I．inux內(nèi)核打補(bǔ)丁使其支持YAFFS2文件系統(tǒng)。 2．2．2 內(nèi)核的修改 （1）修改內(nèi)核源碼中Makefile的交義編譯項(xiàng)： ARM=arm；CROSS一COMPILE?=／usr／local／arm／3．4．1／bin／arm-Linux一； （2）在arch／arm／mach-s3c2410／devs．C文件中： ①增加頭文件定義： #include #include #inelude ②增加static struct mtd-partition partition-info[]函數(shù)，建立分區(qū)表信息，分區(qū)內(nèi)容如表1所示； ③加入Nand Flash分區(qū)：struet s3c24 1 O-nand-set nandset一｛nr_partitions：5，partitions：partition-info，｝； ④建立Nand Flash 芯片支持struct s3c24 10-platform-nand superlpplatform＝｛tacls：O，twrph0：30，twrphl：0，sets：＆．nandset，nr-sets：1，｝； ⑤在Nand Flash驅(qū)動里加入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，使內(nèi)核啟動時(shí)初始化NAND FLASH信息。 （4）為了使內(nèi)核支持devfs并在啟動時(shí)在／sbin／init運(yùn)行之前自動掛載／dev為devfs文件系統(tǒng)．修改fs／Kconfig．并在menu"Pseudo filesystetns"下添加如下語句：config DEVFS_FSbooI"／dev flie system support（OBOLETE）default yconfig DEVFS-MOUNTbool"Automatically mount at boot"default ydepends on DEVFS FS 2．2．3 內(nèi)核的編譯和加載 （1）執(zhí)行make mrproper：編譯內(nèi)核前清理編譯環(huán)境。 （2）執(zhí)行make menuconfig：對內(nèi)核進(jìn)行配置是量體裁衣的過程．是十分復(fù)雜的過程，配置適合自已的內(nèi)核可能需要多次重復(fù)的配置操作。以下根據(jù)該系統(tǒng)對部分配置做簡單介紹： Boot options一一一>Default kernel command st ring Noinitrd root＝／dev／mtdblock3 init=／Linuxrc console——ttySAC0.1 15200 說明：mtdblock3代表NAND FASH第4個(gè)分區(qū)，他足該系統(tǒng)的root分區(qū)； Floating point emulation一一一> [＊]NwFPE math emulation #選擇在內(nèi)核中使用NWFPE浮點(diǎn)模擬 File systems一一一> <>Second extended fs support #去除對ext2的支持 Pseudo filesystems一一 > [＊]／proc file system support [＊]Virtual memory file system support（former shm fs） [＊]／dev file system support（OBSOLETE） [＊]Automatically mount at boot（NEW） 這里會看到前面修改fs／Kconfig的結(jié)果，devfs已經(jīng)被支持。 Miscellaneous filesystems一—— > #選擇YAFFS2根文件系統(tǒng) <＊>YAFFS2 file system support ——————51 2 byte／page devices [＊]Lets Yaffs do its own ECC ［ ］Use the same ecc byte order as Steven Hill‘S nand-ecc．C 一一一2048 byte （or larger）／page devices [＊]Autoselect yaffs2 format [＊]Disable lazy loading （1 0）Reserved blocks for checkpointing [＊]Turn off wide tnodes []Force chunk erase check []Cache short names in RAM Network File Systems——-〉 <＊〉NFS file system support （3）執(zhí)行make bzlmage，成功編譯后將在arch／arm／boot／下生成需要的文件zImage。 （4）在vivi提示符下，輸入"load flash kernel x"命令通過串口下載內(nèi)核映像到NAND FLASH的KERNEL分區(qū)中。 2．3 文件系統(tǒng) Linux采用文件系統(tǒng)組織系統(tǒng)中的文件和設(shè)備，為設(shè)備和用戶程序提供統(tǒng)一接口。他支持CRAMFS，JFFS2.RAMDISK等多種文件系統(tǒng)。本系統(tǒng)使用可讀寫的YAFFS2根文件系統(tǒng)。 2．3．1 YAFFS2文件系統(tǒng)簡介 YAFFS2是YAFFS（Yet Another FLASH File Sys tem）的升級版，能更好地支持NAND FLASH，是一種類似于JFFS的專門為FLASH設(shè)計(jì)的嵌入式文件系統(tǒng)。與JFFS相比，他減少了一些功能，因此速度更快、占用內(nèi)存更少。NAND FLASH大多采用MTD+YAFFS的模式，通過YAFFS文件系統(tǒng)，可以像操作硬盤上的文件一樣操作FLASH中的數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)斷電后數(shù)據(jù)仍然存儲在FLASH芯片中． 2．3．2 根文件制作 （1）建立根文件系統(tǒng)目錄root，在root目錄下建訌子日錄bin，sbin，dev，etc，proc，lib，user； ／bin：保存大多數(shù)如init．busybox，shell．文件管理實(shí)用程序等二進(jìn)制文件； ／sbin：保存系統(tǒng)啟動過程通常需要的命令； /dev：包含用在設(shè)備中的所有沒備節(jié)點(diǎn)； /etc：包含系統(tǒng)的所有配置文件； ／proc：這是一個(gè)必須設(shè)置的特殊目錄，在系統(tǒng)運(yùn)行之后他下面有許多內(nèi)容，在某些情況下，可以通過他進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，許多工具能從這里獲得信息。在編譯內(nèi)核時(shí)要選擇文件系統(tǒng)proc的支持； /lib：包含所有必要的庫； /user：存放用戶程序。 （2）編譯busybox．busyh。x足一個(gè)著名的開源軟件．他以極小型的應(yīng)用程序集成了一百多個(gè)最常用的Linux命令，閃此享有"嵌入式Linux的瑞士軍刀"的美臀。首先，從網(wǎng)上下載busybox源碼．該系統(tǒng)使用的是1．1．3版本；其次，執(zhí)行nlakemenuconfig命令．根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行功能配置，該系統(tǒng)將busybox編詳為靜態(tài)連接；最后：執(zhí)行FIlakc a11 install進(jìn)行編譯、安裝；編譯器為：ARM-Linux-GCC一3．4．1，安裝路徑與上述root為同一路徑。這樣在root目錄下將有腳本Linuxrc．在/bin，/sbin日錄下將訂busvbox提供的指向busybox的符號連接命令集。 （3）編寫啟動腳本：一般系統(tǒng)啟動時(shí)都會按要求執(zhí)行相應(yīng)的初始化操作。寫住命令仃的init＝/Liunxrc·這個(gè)Linuxrc足指向/etc／init．d/rcS文件的一個(gè)符號連接。在rcs文件中列出了 Linux仞始化要執(zhí)行的文件．例如．初始化進(jìn)程init、掛載根系統(tǒng)、掛載模塊化設(shè)備驅(qū)動等。rcs的作用相當(dāng)于windoWS中的autocxec．bat文什，由于對于不同的應(yīng)用rcS的內(nèi)容變化很大，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要編寫rcS的內(nèi)容。 （4）制作YAFFs2映象：利用實(shí)用程序nlkyaffsinlage（mkvaffmage與root 目錄在同一路徑下）制作YAFFS2映像root.img命令為： #．／inkyaffsimage root root. Inlgroot．img就是所需要的YAFFS2文件系統(tǒng)； （5）文件系統(tǒng)映像下載：在vivi提示符下，執(zhí)仃"loadyaffs root x"選擇root．inlg將文件通過串口下載到NAND FLASH的root分區(qū)中．然后復(fù)化或重啟開發(fā)板，就可以啟動Linux系統(tǒng)。 3 結(jié) 語 通過對嵌入式系統(tǒng)ARNI平臺的構(gòu)建，分析bootloadervivj的功能．闡述了Linux內(nèi)核的移植，同時(shí)也解釋r制作YAFFS2文件系統(tǒng)的步驟和方法．意在給嵌入式系統(tǒng)平臺的搭建有個(gè)整體的把握和認(rèn)識，以降低進(jìn)入ARM嵌入式開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域的門檻，進(jìn)一步推進(jìn)嵌入式軟硬件開發(fā)的進(jìn)程。