一、系統開發平臺介紹

   本次試驗是基於九鼎創展公司嵌入式開發板x210v3， 核心處理器是ARM Cortex–A8架構的S5PV210，主頻1GHz。  PC機Linux版本：Ubuntu Kylin 14.04  核心版本：3.13

二、Linux核心配置和編譯

2.1 基本原理介紹

2.1.1目錄簡介

Linux目錄基於“檔案系統層次標準”（FHS），目錄為樹形結構。該標準定義了不同目錄的結構和功能。基本目錄如下：

arch：architecture的縮寫，包含與體系結構相關的核心程式碼，實驗中我們用到的是ARM體系結構；

drivers：裝置驅動程式，如block：部分塊裝置驅動程式，char:字元裝置驅動程式，其他的還有cdrom、pci、scsi、net、sound等；

fs：存放各種檔案系統的實現程式碼。每個子目錄對應一種檔案系統，如：

||devpts-/dev/pts虛擬檔案系統  ||ext2-第二擴充套件檔案系統

||fat-fat32檔案系統            ||isofs-iso9660光碟cd-rom上的檔案系統

include:含核心所需標頭檔案；

init：含核心初始化程式碼；

ipc：程序間通訊的實現程式碼；

kernel：Linux大多數關鍵的核心功能都是在這個目錄實現；

（排程程式，程序控制，模組化）

lib目錄：庫檔案程式碼；

Mm：用於實現記憶體管理中與體系結構無關的部分（與體系結構相關的部分在arch下）；

Net：網路協議的實現程式碼。如：

||802-802無線通訊協議核心支援程式碼  ||ipv4-ip協議族V4版32未定址模式

||ipv6-ip協議族V6版

Scripts：含配置核心的指令碼檔案；

2.1.2 核心配置的基本結構

Linux核心的配置系統由三部分（或者四部分，區別在於分類方式）組成：

1)   Makefile:分佈在 Linux 核心原始碼中的 Makefile，定義 Linux 核心的編譯規則,在頂層及各子目錄下都有。頂層 Makefile 有兩個主要的任務：產生 vmlinux 檔案和核心模組（module）；　另一個檔案Rules.make 為規則檔案，定義了所有 Makefile 共用的編譯規則。

2)   配置檔案（config.in）：給使用者提供配置選擇的功能。檔案中有許多的配置變數等式，用來說明使用者配置的結果。例如 CONFIG_MODULES=y 表明使用者選擇了 Linux 核心的模組功能。

3)   配置工具：包括配置命令直譯器（對配置指令碼中使用的配置命令進行解釋）和配置使用者介面（提供基於字元介面、基於 Ncurses 圖形介面以及基於 Xwindows 圖形介面的使用者配置介面，各自對應於 Make config、Make menuconfig 和 make xconfig）。本次實驗使用的是make menuconfig

2.2 核心配置過程

1．利用tar 指令解壓核心並進入解壓出的核心資料夾，試驗中使用的核心是已經移植好的與開發板配套的核心；

2．ExportARCH=arm  ;選擇處理器構架為arm平臺，執行完該指令之後Makefile  將使用以arm平臺為基礎的程式碼

3．Makeclean  ;清除之前編譯的殘留成分

4．makemenuconfig 進入配置的選單介面

為保證作業系統正常啟動，需要配置一下幾個部分：

1）general setup——>(核心編譯配置的基本方法)

cross-compiler tool prefix 選項中設定交叉編譯器的路徑及字首；

Initial RAM filesystem and RAMdisk(initramfs/initrd)  support 用於核心啟動時裝載ramdisk作為它的根檔案系統；

由於ramdisk使用的是gzip壓縮方式，故還應選擇 support initial ramdisks compressed using gzip ；

2）system type ——>（系統選型）

ARM system type 一項中應選擇與開發板配套的 (samsungS5PV210/S5PC110)；

3)device drivers——>(裝置驅動)

應支援塊裝置驅動：block devices——>RAMblock device support；

此外，選擇預設的ramdisk 的大小為8192kbytes(8M)；

3）File systems ——>(檔案系統)

由於ramdisk使用的ext2檔案系統，故應選擇支援ext2檔案系統（屬於磁碟檔案系統）、另外在網路檔案系統中應選中NFS，保證NFS的客戶端支援，後面的開發中將要使用到。

配置完成後儲存並退出，配置的資訊會儲存在 .config檔案中。另外也可以將已配置好的config配置檔案內容直接複製到當前的.config檔案當中；之前的配置自動儲存與config.old檔案內，必要時可以進行恢復。

5、make 對核心進行編譯,生成zImage檔案，儲存在核心目錄下的 arch/arm/boot/zImage中。

注：也可以使用make –j4指令編譯核心。這裡的-j4指的是4核同時編譯，可以加快編譯速度，減少等待時間。

至此第一個實驗已經完成，生成了實驗所需要的核心映象檔案zImage。

Ø 核心映象檔案的對作業系統的作用

    核心映象檔案zImage是核心的linux核心vmlinux經過壓縮後得到，它有點類似於windows系統中的ISO檔案，其中包含了可執行的二進位制指令（核心），除錯資訊，符號表等內容，為可執行的二進位制核心映象，可以說是整個作業系統的核心部件。同時，zImage可以燒寫到Flash中，方便載入進入我們需要的嵌入式系統。

三、嵌入式檔案系統的構建

3.1  Linux常用檔案系統及其優缺點

1)  RomfS：只讀檔案系統，可以放在ROM空間，也可以在系統的RAM中

優點：相對簡單、佔用空間較少。

缺點：檔案系統Romfs為只讀檔案系統，禁止寫操作,因此係統同時需要虛擬盤（Ramdisk）支援臨時檔案資料檔案的儲存.

2)  Ext2fs/Ext3fs(以Ext2fs為例)

優點：支援4 TB 儲存、檔名稱最長1012 字元；可選擇邏輯塊；快速符號連結 

缺點：Ext2fs不適合flash裝置；是為象IDE裝置那樣的塊裝置設計的，邏輯塊大小必 須是512 byte、1KB、2KB等；沒有提供對基於扇區的擦除／寫操作的良好管理；如果在一個扇區中擦除單個位元組，必須將整個扇區複製到 RAM，然後擦除，再重寫入；在出現電源故障時，Ext2fs 是不能防止崩潰的；檔案系統不支援損耗平衡，縮短了flash的壽命

3)   JFFS/JFFS2：是為Flash設計的日誌檔案系統日誌檔案系統 

優點：提供了更好的崩潰、掉電安全保護；支援對flash的均勻磨損；在扇區級別上執行快閃記憶體擦除／寫／讀操作要 比Ext2檔案系統好；

缺點：檔案系統接近滿時，JFFS2 會大大放慢執行速度（垃圾收集）；jffs／jffs2啟動的時候需要掃描日誌節點，不適合大容量的Nand flash；jffs的日誌通過jffs_node建立在RAM中，佔用 RAM空間：如對於128MB的Nand大概需要4MB的空間來維護節點！

3.2  以BusyBox為基礎構建適合的檔案系統

3.2.1 根目錄介紹

3.2.2 實驗步驟

1、編譯BusyBox:

按照Make menuconfig——>make——>make install順序編譯BusyBox,編譯完之後的程式碼安裝在指定目錄_install目錄下，主要是生成/bin、/sbin、/usr/bin、/usr/sbin目錄，儲存常用命令的二進位制檔案。

2、做一個8M的ext2檔案系統

#ddif=/dev/zero of=ramdisk_img bs=8k count=1k ;建立一個8M的檔案

#/sbin/mke2fsramdisk_img     ；將該檔案格式化為一個ext2檔案系統

3、在/mnt目錄下建立一個名為ramdisk的目錄，將之前做的ramdisk_img檔案系統掛載到該目錄，有兩種方式：

   方式一：

#sudo mountramdisk_img /mnt/ramdisk/ -o loop  ;將ramdisk_img作為檔案系統掛載到指定目錄（需要超級使用者許可權）

方式二：

#more/etc/fstab   ;可不需要超級使用者許可權（缺點是隻限於當前目錄下的ramdisk檔案）

# mount/mnt/ramdisk/   ；注意不要出現重配置的問題

4、進入_install目錄，將裡面所有檔案檔案複製檔案到 /mnt/ramdisk中

#cp */mnt/ramdisk/ -ar

5、在根檔案系統中配置一些啟動的選項

（1）ramdisk目錄中建立proc、sys、dev、etc、lib目錄，各目錄功能前面已經做了簡要介紹

（2）在etc目錄內裡面建立inittab檔案，作為啟動指令碼的內容；建立rc檔案，包含一些系統啟動的命令；建立motd檔案，裡面的內容將最終列印在終端上；之後建立init.d目錄，並利用ln指令做符號連結，該檔案作為inittab啟動指令碼

#vi rc

#mkdir init.d

#ln –fs ../rc rcS  ;連結

#sudo chmod +xrc  ;給rc加上可執行的屬性

（3）ramdisk目錄中建立lib目錄,在交叉編譯庫路徑下找到 ld-2.10.1.so,libc-2.10.1.so,libm-2.10.1.so三個動態庫檔案及相應的動態連結庫載入器，通過ln指令實現動態庫的連結

（4）進入dev 目錄,通過編寫mkdev.sh在目錄內快速建立一些裝置檔案

#shmkdev.sh   ；快速建立裝置檔案

6、回到radisk_img的目錄中解除安裝ramdisk檔案系統，實現系統更新：

#umonut/mnt/ramdisk

   以上步驟成功製作了一個ramdisk檔案系統映像，可壓縮節省FLASH佔用空間。

三、嵌入式系統開發

通過前面兩個實驗，已經做了Linux核心映象zImage及根檔案系統ramdisk_img.gz，下面的實驗通過之前這兩個檔案熟悉整個嵌入式系統的開發過程.

3.1 基本原理簡介

原理內容如果詳細介紹篇幅過多，這裡只做簡單的說明：

1)  Bootloader:為PC機引導載入程式的一部分，主要作用是將核心映像從硬碟讀到RAM中，跳轉到相應地址執行作業系統，目前參考書中比較常見的作為引導嵌入式作業系統的Bootloader以U-Boot居多。

2)  minicom:為一款串列埠通訊軟體，用於實現串列埠通訊。第一次使用軟體時需要根據實際情況進行串列埠的設定，由於前面同學基本已經做好，故無需多少改動。

3)  Tftp傳輸協議：基於UDP協議的簡單檔案傳輸協議，以目標板作為客戶機。

4)  NFS：Net File System，網路檔案系統，通過NFS使用者和程式可以像訪問本地檔案一樣訪問遠端系統上的檔案。前面在做核心映象時已支援該網路檔案系統。

   3.2實驗內容

1)  將之前製作的核心映象及根檔案系統複製到實驗室的tftpboot資料夾內，分別命名為wzs_zImage及ramdisk_wzs.gz；

2)  進入minicom中，開啟嵌入式開發平臺的電源，在boot時進行干預，進行一些配置：

x210# setenv ipaddr 192.168.207.122    ；本機（即嵌入式開發平臺）地址

x210# setenv serverip 192.168.207.22   ；伺服器地址

x210# setenv ramdisk root=/dev/ram rw initrd=0x40000000,8M

x210# setenv bootargs console=ttySAC2,115200 $ramdisk   ；指示掛載ramdisk作為根檔案系統

x210# tftp 0xc0008000 wzs_zImage 

x210# tftp 0x40000000 ramdisk_wzs.gz  ；將核心映象和檔案系統分別掛載到相應記憶體地址

x210# bootm 0xc0008000    ；系統開始載入核心

Ø  啟動。。。。。。

3）先配置網路，再使用mount命令將主機（開發板）的/mnt目錄掛到伺服器（電腦）的/exp目錄下：

#ifconfigeth0 192.168.207.122

#mount192.168.207.22:/exp /mnt -o nolock,proto=tcp

之後，嘗試簡單編寫了簡單的hello程式，通過不同的編譯器進行編譯分別實現了在主機和伺服器上的執行。

Ø  交叉編譯器的配置：

#exportPATH=$PATH/usr/local/arm-2009q3/bin/

#arm-none-linux-gnueabi-gcc-static -o hello hello.c

（僅適用於當前終端）

  3.3  嵌入式系統下軟體開發的一般流程（基於Linux）

一般是先在自己的宿主機上搭建好Linux系統環境，如準備好交叉編譯器等，接著就是像實驗三中的操作，配置好串列埠之後利用bootloader下載已經移植好的Linux作業系統，接著使用NFS服務把嵌入式系統某個目錄掛載宿主機目錄下，之後就可以較方便地在宿主機上實現嵌入式系統軟體的開發和下載。