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嵌入式Linux系統移植的四大步驟

 最近在學習系統移植的相關知識,在學習和除錯過程中,發現了很多問題,也解決了很多問題,但總是對於我們的開發結果有一種莫名其妙的感覺,糾其原因,主要對於我們的開發環境沒有一個深刻的認識,有時候幾個簡單的命令就可以完成非常複雜的功能,可是我們有沒有想過,為什麼會有這樣的效果?如果沒有去追問,只是機械地完成,並且看到實驗效果,這樣做其實並沒有真正的掌握系統移植的本質。
在做每一個步驟的時候,首先問問自己,為什麼要這樣做,然後再問問自己正在做什麼?搞明白這幾個問題,我覺得就差不多了,以後不管更換什麼平臺,什麼晶片,什麼開發環境,你都不會迷糊,很快就會上手。對於嵌入式的學習方法,我個人方法就是:從巨集觀上把握(解決為什麼的問題),微觀上研究(解決正在做什麼的問題),下面以自己學習的arm-cortex_a8開發板為目標,介紹下自己的學習方法和經驗。

嵌入式Linux系統移植主要由四大部分組成:
一、搭建交叉開發環境
二、bootloader的選擇和移植
三、kernel的配置、編譯、和移植
四、根檔案系統的製作

第一部分:搭建交叉開發環境 先介紹第一分部的內容:搭建交叉開發環境,首先必須得思考兩個問題,什麼是交叉環境? 為什麼需要搭建交叉環境? 先回答第一個問題,在嵌入式開發中,交叉開發是很重要的一個概念,開發的第一個環節就是搭建環境,第一步不能完成,後面的步驟從無談起,這裡所說的交叉開發環境主要指的是:在開發主機上(通常是我的pc機)開發出能夠在目標機(通常是我們的開發板)上執行的程式。嵌入式比較特殊的是不能在目標機上開發程式(狹義上來說),因為對於一個原始的開發板,在沒有任何程式的情況下它根本都跑不起來,為了讓它能夠跑起來,我們還必須要藉助pc機進行燒錄程式等相關工作,開發板才能跑起來,這裡的pc機就是我們說的開發主機,想想如果沒有開發主機,我們的目標機基本上就是無法開發,這也就是電子行業的一句名言:搞電子,說白了,就是玩電腦!

然後回答第二個問題,為什麼需要交叉開發環境?主要原因有以下幾點:
原因1:嵌入式系統的硬體資源有很多限制,比如cpu主頻相對較低,記憶體容量較小等,想想讓幾百MHZ主頻的MCU去編譯一個Linux kernel會讓我們等的不耐煩,相對來說,pc機的速度更快,硬體資源更加豐富,因此利用pc機進行開發會提高開發效率。
原因2:嵌入式系統MCU體系結構和指令集不同,因此需要安裝交叉編譯工具進行編譯,這樣編譯的目標程式才能夠在相應的平臺上比如:ARM、MIPS、               POWEPC上正常執行。
交叉開發環境的硬體組成主要由以下幾大部分
1.開發主機
2.目標機(開發板)
3.二者的連結介質,常用的主要有3中方式:(1)串列埠線 (2)USB線 (3)網線

對應的硬體介質,還必須要有相應的軟體“介質”支援:
1.對於串列埠,通常用的有串列埠除錯助手,putty工具等,工具很多,功能都差不多,會用一兩款就可以;
2.對於USB線,當然必須要有USB的驅動才可以,一般晶片公司會提供,比如對於三星的晶片,USB下載主要由DNW軟體來完成;
3.對於網線,則必須要有網路協議支援才可以,常用的服務主要兩個
第一:tftp服務:
      
主要用於實現檔案的下載,比如開發除錯的過程中,主要用tftp把要測試的bootloader、kernel和檔案系統直接下載到記憶體中執行,而不需要預先燒錄到Flash晶片中,一方面,在測試的過程中,往往需要頻繁的下載,如果每次把這些要測試的檔案都燒錄到Flash中然後再執行也可以,但是缺點是:過程比較麻煩,而且Flash的擦寫次數是由限的;另外一方面:測試的目的就是把這些目標檔案載入到記憶體中直接執行就可以了,而tftp就剛好能夠實現這樣的功能,因此,更沒有必要把這些檔案都燒錄到Flash中去
第二:nfs服務:
      
主要用於實現網路檔案的掛載,實際上是實現網路檔案的共享,在開發的過程中,通常在系統移植的最後一步會製作檔案系統,那麼這是可以把製作好的檔案系統放置在我們開發主機PC的相應位置,開發板通過nfs服務進行掛載,從而測試我們製作的檔案系統是否正確,在整個過程中並不需
要把檔案系統燒錄到Flash中去,而且掛載是自動進行掛載的,bootload啟動後,kernel執行起來後會根據我們設定的啟動引數進行自動掛載,因此,對於開發測試來講,這種方式非常的方便,能夠提高開發效率。
      另外,還有一個名字叫samba的服務也比較重要,主要用於檔案的共享,這裡說的共享和nfs的檔案共享不是同一個概念,nfs的共享是實現網路檔案的共享,而samba實現的是開發主機上Windows主機和Linux虛擬機器之間的檔案共享,是一種跨平臺的檔案共享,方便的實現檔案的傳輸。
以上這幾種開發的工具在嵌入式開發中是必備的工具,對於嵌入式開發的效率提高做出了偉大的貢獻,因此,要對這幾個工具熟練使用,這樣你的開發效率會提高很多。等測試完成以後,就會把相應的目標檔案燒錄到Flash中去,也就是等釋出產品的時候才做的事情,因此對於開發人員來說,所有的工作永遠是測試。
  通過前面的工作,我們已經準備好了交叉開發環境的硬體部分和一部分軟體,最後還缺少交叉編譯器,讀者可能會有疑問,為什麼要用交叉編譯器?前面已經講過,交叉開發環境必然會用到交叉編譯工具,通俗地講就是在一種平臺上編譯出能執行在體系結構不同的另一種平臺上的程式,開發主機PC平臺(X86 CPU)上編譯出能執行在以ARM為核心的CPU平臺上的程式,編譯得到的程式在X86 CPU平臺上是不能執行的,必須放到ARM CPU平臺上才能執行,雖然兩個平臺用的都是Linux系統。相對於交叉編譯,平常做的編譯叫本地編譯,也就是在當前平臺編譯,編譯得到的程式也是在本地執行。用來編譯這種跨平臺程式的編譯器就叫交叉編譯器,相對來說,用來做本地編譯的工具就叫本地編譯器。所以要生成在目標機上執行的程式,必須要用交叉編譯工具鏈來完成。
這裡又有一個問題,不就是一個交叉編譯工具嗎?為什麼又叫交叉工具鏈呢?原因很簡單,程式不能光編譯一下就可以執行,還得進行彙編和連結等過程,同時還需要進行除錯,對於一個很大工程,還需要進行工程管理等等,所以,這裡 說的交叉編譯工具是一個由編譯器、聯結器和直譯器組成的綜合開發環境,交叉編譯工具鏈主要由binutils(主要包括彙編程式as和連結程式ld)、gcc(為GNU系統提供C編譯器)和glibc(一些基本的C函式和其他函式的定義) 3個部分組成。有時為了減小libc庫的大小,也可以用別的 c 庫來代替 glibc,例如 uClibc、dietlibc 和 newlib。
      那麼,如何得到一個交叉工具鏈呢?是從網上下載一個“程式”然後安裝就可以使用了嗎?回答這個問題之前先思考這樣一個問題,我們的交叉工具鏈顧名思義就是在PC機上編譯出能夠在我們目標開發平臺比如ARM上執行的程式,這裡就又有一個問題了,我們的ARM處理器型號非常多,難道有專門針對我們某一款的交叉工具鏈嗎?若果有的話,可以想一想,這麼多處理器平臺,每個平臺專門定製一個交叉工具鏈放在網路上,然後供大家去下載,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,且浪費資源!因此,要得到一個交叉工具鏈,就像我們移植一個Linux核心一樣,我們只關心我們需要的東西,編譯我們需要的東西在我們的平臺上執行,不需要的東西我們不選擇不編譯,所以,交叉工具鏈的製作方法和系統移植有著很多相似的地方,也就是說,交叉開發工具是一個支援很多平臺的工具集的集合(類似於Linux原始碼),然後我們只需從這些工具集中找出跟我們平臺相關的工具就行了,那麼如何才能找到跟我們的平臺相關的工具,這就是涉及到一個如何製作交叉工具鏈的問題了。
通常構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原始碼,最終生成交叉編譯工具鏈。該方法相對比較困難,適合想深入學習構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建交叉工具鏈。
方法二: 通過Crosstool-ng指令碼工具來實現一次編譯,生成交叉編譯工具鏈,該方法相對於方法一要簡單許多,並且出錯的機會也非常少,建議大多數情況下使用該方法構建交叉編譯工具鏈。
方法三 :直接通過網上下載已經制作好的交叉編譯工具鏈。該方法的優點不用多說,當然是簡單省事,但與此同時該方法有一定的弊端就是侷限性太大,因為畢竟是別人構建好的,也就是固定的,沒有靈活性,所以構建所用的庫以及編譯器的版本也許並不適合你要編譯的程式,同時也許會在使用時出現許多莫名其妙的錯誤,建議讀者慎用此方法。
     crosstool-ng是一個指令碼工具,可以製作出適合不同平臺的交叉編譯工具鏈,在進行製作之前要安裝一下軟體:
     $ sudo apt-get install  g++  libncurses5-dev  bison  flex  texinfo automake  libtool  patch  gcj  cvs  cvsd  gawk 
     crosstool指令碼工具可以在http://ymorin.is-a-geek.org/projects/crosstool下載到本地,然後解壓,接下來就是進行安裝配置了,這個配置優點類似核心的配置。主要的過程有以下幾點:
   1. 設定原始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的構架

修改交叉編譯器針對的構架 
3. 增加編譯時的並行程序數,以增加執行效率,加快編譯,因為這個編譯會比較慢。
4. 關閉JAVA編譯器 ,減少編譯時間
5. 編譯
6. 新增環境變數
7. 重新整理環境變數。
8. 測試交叉工具鏈
     到此,嵌入式Linux系統移植四大部分的第一部分工作全部完成,接下來可以進行後續的開發了。

第二部分:bootloader的選擇和移植一、Boot Loader 概念
       就是在作業系統核心執行之前執行的一段小程式。通過這段小程式,我們可以初始化硬體裝置、建立記憶體空間的對映圖,從而將系統的軟硬體環境帶到一個合適的狀態,以便為最終呼叫作業系統核心準備好正確的環境,他就是所謂的引導載入程式(Boot Loader)。

【圖1Flash儲存中存放檔案的分佈圖  二、為什麼系統移植之前要先移植BootLoader?
      BootLoader的任務是引導作業系統,所謂引導作業系統,就是啟動核心,讓核心執行就是把核心載入到記憶體RAM中去執行,那先問兩個問題:第一個問題,是誰把核心搬到記憶體中去執行?第二個問題:我們說的記憶體是SDRAM,大家都知道,這種記憶體和SRAM不同,最大的不同就是SRAM只要系統上電就可以執行,而SDRAM需要軟體進行初始化才能執行,那麼在把核心搬運到記憶體執行之前必須要先初始化記憶體吧,那麼記憶體是由誰來初始化的呢?其實這兩件事情都是由bootloader來乾的,目的是為核心的執行準備好軟硬體環境,沒有bootloadr我們的系統當然不能跑起來。

三、bootloader的分類。
      首先更正一個錯誤的說法,很多人說bootloader就是U-boot,這種說法是錯誤的,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:
【圖2bootloader分類圖       由上圖可以看出,不同的bootloader具有不同的使用範圍,其中最令人矚目的就是有一個叫U-Boot的bootloader,是一個通用的載入程式,而且同時支援X86、ARM和PowerPC等多種處理器架構。U-Boot,全稱 Universal Boot Loader,是遵循GPL條款的開放原始碼專案,是由德國DENX小組開發的用於多種嵌入式CPU的bootloader程式,對於Linux的開發,德國的u-boot做出了巨大的貢獻,而且是開源的。
      u-boot具有以下特點:
① 開放原始碼;
      ② 支援多種嵌入式作業系統核心,如Linux、NetBSD, VxWorks, QNX, RTEMS, ARTOS, LynxOS;
      ③ 支援多個處理器系列,如PowerPC、ARM、x86、MIPS、XScale;
      ④ 較高的可靠性和穩定性;
      ⑤ 高度靈活的功能設定,適合U-Boot除錯、作業系統不同引導要求、產品釋出等;
      ⑥ 豐富的裝置驅動原始碼,如串列埠、乙太網、SDRAM、FLASH、LCD、NVRAM、EEPROM、RTC、鍵盤等;
     
⑦ 較為豐富的開發除錯文件與強大的網路技術支援;
      其實,把u-boot可以理解為是一個小型的作業系統。

四、u-boot的目錄結構
      
* board 目標板相關檔案,主要包含SDRAM、FLASH驅動;
      * common 獨立於處理器體系結構的通用程式碼,如記憶體大小探測與故障檢測;
      * cpu 與處理器相關的檔案。如mpc8xx子目錄下含串列埠、網口、LCD驅動及中斷初始化等檔案;
      * driver 通用裝置驅動,如CFI FLASH驅動(目前對INTEL FLASH支援較好)
      * doc U-Boot的說明文件;
      * examples可在U-Boot下執行的示例程式;如hello_world.c,timer.c;
      * include U-Boot標頭檔案;尤其configs子目錄下與目標板相關的配置標頭檔案是移植過程中經常要修改的檔案;
      * lib_xxx 處理器體系相關的檔案,如lib_ppc, lib_arm目錄分別包含與PowerPC、ARM體系結構相關的檔案;
      * net 與網路功能相關的檔案目錄,如bootp,nfs,tftp;
      * post 上電自檢檔案目錄。尚有待於進一步完善;
      * rtc RTC驅動程式;
      * tools 用於建立U-Boot S-RECORD和BIN映象檔案的工具;

五、u-boot的工作模式
      U-Boot的工作模式有啟動載入模式和下載模式。啟動載入模式是Bootloader的正常工作模式,嵌入式產品釋出時,Bootloader必須工作在這種模式下,Bootloader將嵌入式作業系統從FLASH中載入到SDRAM中執行,整個過程是自動的。下載模式就是Bootloader通過某些通訊手段將核心映像或根檔案系統映像等從PC機中下載到目標板的SDRAM中執行,
使用者可以利用Bootloader提供的一些令介面來完成自己想要的操作,這種模式主要用於測試和開發。

六、u-boot的啟動過程
      大多數BootLoader都分為stage1和stage2兩大部分,U-boot也不例外。依賴於cpu體系結構的程式碼(如裝置初始化程式碼等)通常都放在stage1且可以用匯編語言來實現,而stage2則通常用C語言來實現,這樣可以實現複雜的功能,而且有更好的可讀性和移植性。
1、 stage1(start.s程式碼結構)
 U-boot的stage1程式碼通常放在start.s檔案中,它用匯編語言寫成,其主要程式碼部分如下:
(1) 定義入口。由於一個可執行的image必須有一個入口點,並且只能有一個全域性入口,通常這個入口放在rom(Flash)的0x0地址,因此,必須通知編譯器以使其知道這個入口,該工作可通過修改聯結器指令碼來完成。
(2)設定異常向量(exception vector)。
(3)設定CPU的速度、時鐘頻率及中斷控制暫存器。
(4)初始化記憶體控制器 。
(5)將rom中的程式複製到ram中。
(6)初始化堆疊 。
(7)轉到ram中執行,該工作可使用指令ldrpc來完成。
2、 stage2(C語言程式碼部分)
lib_arm/board.c中的start armboot是C語言開始的函式,也是整個啟動程式碼中C語言的主函式,同時還是整個u-boot(armboot)的主函式,該函式主要完成如下操作:
(1)呼叫一系列的初始化函式。
(2)初始化flash裝置。
(3)初始化系統記憶體分配函式。
(4)如果目標系統擁有nand裝置,則初始化nand裝置。
(5)如果目標系統有顯示裝置,則初始化該類裝置。
(6)初始化相關網路裝置,填寫ip,c地址等。
(7)進入命令迴圈(即整個boot的工作迴圈),接受使用者從串列埠輸入的命令,然後進行相應的工作。

七、基於cortex-a8的s5pc100bootloader啟動過程分析
s5pc100支援兩種啟動方式,分別為USB啟動方式和NandFlash啟動方式:
1. S5PC100 USB啟動過程
[1] A8 reset, 執行iROM中的程式
[2] iROM中的程式根據S5PC100的配置管腳(SW1開關4,撥到4對面),判斷從哪裡啟動(USB)
[3] iROM中的程式會初始化USB,然後等待PC機下載程式
[4] 利用DNW程式,從PC機下載SDRAM的初始化程式到iRAM中執行,初始化SDRAM
[5] SDRAM初始化完畢,iROM中的程式繼續接管A8, 然後等待PC下載程式(BootLoader)
[6] PC利用DNW下載BootLoader到SDRAM
[7] 在SDRAM中執行BootLoader

2. S5PC100 Nandflash啟動過程
[1] A8 reset, 執行IROM中的程式
[2] iROM中的程式根據S5PC100的配置管腳(SW1開關4,撥到靠4那邊),判斷從哪裡啟動(Nandflash)
[3] iROM中的程式驅動Nandflash
[4] iROM中的程式會拷貝Nandflash前16k到iRAM
[5] 前16k的程式(BootLoader前半部分)初始化SDRAM,然後拷貝完整的BootLoader到SDRAM並執行
[6] BootLoader拷貝核心到SDRAM,並執行它
[7] 核心執行起來後,掛載rootfs,並且執行系統初始化指令碼

八、u-boot移植(基於cortex_a8s5pc100為例)
1.建立自己的平臺
(1).下載原始碼包2010.03版本,比較穩定
(2).解壓後新增我們自己的平臺資訊,以smdkc100為參考版,移植自己s5pc100的開發板
(3).修改相應目錄的檔名,和相應目錄的Makefile,指定交叉工具鏈。
(4).編譯
(5).針對我們的平臺進行相應的移植,主要包括修改SDRAM的執行地址,從0x20000000
(6).“開關”相應的巨集定義
(7).新增Nand和網絡卡的驅動程式碼
(8).優化go命令
(9).重新編譯 make distclean(徹底刪除中間檔案和配置檔案) make s5pc100_config(配置我們的開發板)   make(編譯出我們的u-boot.bin映象檔案)
(10).設定環境變數,即啟動引數,把編譯好的u-boot下載到記憶體中執行,過程如下:
1. 配置開發板網路
       ip地址配置:
       $setenv ipaddr 192.168.0.6               配置ip地址到記憶體的環境變數
       $saveenv                                 儲存環境變數的值到nandflash的引數區

       網路測試:
       在開發開發板上ping虛擬機器:
       $ ping 192.168.0.157(虛擬機器的ip地址)
 
       如果網路測試失敗,從下面幾個方面檢查網路:
       1. 網線連線好
       2. 開發板和虛擬機器的ip地址是否配置在同一個網段
       3. 虛擬機器網路一定要採用橋接(VM--Setting-->option)
       4. 連線開發板時,虛擬機器需要設定成靜態ip地址

    2. 在開發板上,配置tftp伺服器(虛擬機器)的ip地址
       $setenv serverip 192.168.0.157(虛擬機器的ip地址)
       $saveenv
    3. 拷貝u-boot.bin到/tftpboot(虛擬機器上的目錄)
    4. 通過tftp下載u-boot.bin到開發板記憶體
       $ tftp 20008000(記憶體地址即可) u-boot.bin(要下載的檔名)

       如果上面的命令無法正常下載:
       1. serverip配置是否正確
       2. tftp服務啟動失敗,重啟tftp服務
          #sudo service tftpd-hpa restart

    5. 燒寫u-boot.bin到nandflash的0地址
       $nand erase 0(起始地址)  40000(大小)                    擦出nandflash 0 - 256k的區域
       $nand write 20008000((快取u-boot.bin的記憶體地址) 0(nandflash上u-boot的位置) 40000(燒寫大小)
    
    6. 切換開發板的啟動方式到nandflash
       1. 關閉開發板
       2. 把SW1的開關4撥到4的那邊
       3. 啟動開發板,它就從nandflash啟動


第三部分:kernel的配置、編譯、和移植

一、將下載好的linux-2.6.35.tar.bz2拷貝到主目錄下解壓

二、修改頂層目錄下的Makefile,主要修改平臺的體系架構和交叉編譯器,程式碼如下:

      ARCH    ?= $(SUBARCH)
      CROSS_COMPILE  ?=
      CROSS_COMPILE  ?= $(CONFIG_CROSS_COMPILE:"%"=%)
      修改以上程式碼為:
      ARCH    ?= arm                                                       ---->體系架構是arm架構
     CROSS_COMPILE  ?= arm-cortex_a8-linux-gnueabi-    ---->交叉編譯器是arm-cortex_a8平臺的
      注意:這兩個變數值會直接影響頂層Makefile的編譯行為,即選擇編譯哪些程式碼,用什麼編譯器進行編譯。

三、拷貝標準版配置檔案,目的是得到跟我們開發板相關的配置資訊。

$ cp arch/arm/configs/s5pc100_defconfig    .config
      這裡拷貝arch/arm/configs/s5pc100_defconfig到  .config檔案是選取跟我們開發板相關的程式碼。因為Linux支援的平臺非常非常多,不僅僅是ARM處理器,當然我們編譯的時候只需要編譯跟我們平臺相關的程式碼就可以了,平臺相關的不需要編譯,那麼就有個問題,Linux系統中的原始碼檔案有一萬多以個,面對這麼龐大的檔案數量,我們如何去選擇呢?
       其實,我們擔心的問題也是寫作業系統的那哥們早就擔心過的問題了,只不過人家已經把這個問題幫我們解決了,我們只需進行很簡單的操作,就可以選擇出我們要編譯的程式碼,具體的方法就是把相應平臺的_deconfig直接拷貝到頂層目錄的.config檔案中,這樣.config檔案中就記錄了我們要移植平臺的平臺資訊,因為在配置核心時,系統會把所有的配置資訊都儲存在頂層目錄的.config檔案中。注意在第一次,進行make menuconfig時,系統會根據我們選取的平臺資訊自動選取相關的程式碼和模組,因此我們只需要進入然後再退出,選擇儲存配置資訊就行了,系統會把這些跟我們移植平臺相關的所有配置資訊全部儲存在頂層目錄的.config檔案中。

四、配置核心
      $make menuconfig
     注意:第一次進去,不做任何操作,直接推出,在推出時提示是否儲存配置資訊,一定要儲存配置資訊,點選“YES”。這樣我們的.config中就已經儲存了我們開發平臺的資訊。
       在這個環節,我們需要關心一個問題,make menuconfig時,系統到低都做了哪些事情?為什麼會出現圖形化的介面?圖形化的介面中的相關內容是從哪裡來的?
        圖形化的介面當然是由一個特殊的圖形庫來實現的,還記得第一次make menuconfig時,系統並沒有出現圖形化的介面,而是報錯了,並且提示我們缺少 ncurses-devel ,此時只需要按照要求安裝一個libncurses5-dev就行了,sudo apt-get install libncurses5-dev,有了這個圖形化庫的支援,我們才能夠正常顯示圖形化介面。
       好了,圖形化介面的問題解決了,那還有另外一個問題就是圖形化介面裡面的內容是從哪裡來的?要回答這個問題,我們就要提一下Linux核心的設計思想了,Linux 核心是以模組的方式來組織這個作業系統的,那麼,為什麼要用模組的方式來組織呢?模組的概念又是什麼呢?在此來一一回答這個問題。
      Linux2.6核心的原始碼樹目錄下一般都會有兩個檔案:Kconfig和Makefile。分佈在各目錄下的Kconfig構成了一個分散式的核心配置資料庫,每個Kconfig分別描述了所屬目錄原始檔相關的核心配置選單。每個目錄都會存放功能相對獨立的資訊,在每個目錄中會存放各個不同的模組資訊,比如在/dev/char/目錄下就存放了所有字元裝置的驅動程式,而這些程式程式碼在核心中是以模組的形式存在的,也就是說當系統需要這個驅動的時候,會把這個驅動以模組的方式編譯到系統的核心中,編譯分為靜態編譯和動態編譯,靜態編譯核心體積比動態編譯的體積要大,前面已經說了每個目錄下面都會有一個Kconfig的檔案,我們還會問,這個檔案中都存放了什麼資訊?前面說了,每個目錄的Kconfig檔案描述了所屬目錄原始檔相關的核心配置選單,有其特殊的語法格式,圖形化介面的文字正是從這個檔案中讀取出來的,如果把這個檔案中的相應目錄檔案的資訊全部刪除,那麼在圖形化介面中將看不到該模組的資訊,因此也不能進行模組的配置。
       在核心配置make menuconfig(或xconfig等)時,系統會自動從Kconfig中讀出配置選單,使用者配置完後儲存到.config(在頂層目錄下生成)中。在核心編譯時,主Makefile呼叫這個.config,(.config的重要性就體現在,它儲存了我們的所有的配置資訊,是我們選取原始碼並且進行編譯原始碼的最終依據!!!)就知道了使用者對核心的配置情況。上面的內容說明:Kconfig就是對應著核心的配置選單。假如要想新增新的驅動到核心的原始碼中,可以通過修改Kconfig來增加對我們驅動的配置選單,這樣就有途徑選擇我們的驅動,假如想使這個驅動被編譯,還要修改該驅動所在目錄下的Makefile。因此,一般新增新的驅動時需要修改的檔案有兩種,即:Kconfig 和相應目錄的Makefile(注意不只是兩個),系統移植的重要內容就是給核心新增和刪除相應的模組,因此主要修改的核心檔案就是Kconfig 和相應目錄的Makefile這兩個檔案。

五、編譯核心
      $make zImage
       通過上述操作我們能夠在 arch/arm/boot 目錄下生成一個 zImage 檔案,這就是經過壓縮的核心映象。
       核心的編譯過程是非常複雜的,注意這裡的編譯是靜態編譯,此時會執行頂層目錄下的Makefile中的zImage命令,在執行的過程中,會根據當前目錄的.config檔案去選擇編譯原始碼。編譯核心的具體步驟比較複雜,有時間會另寫文章詳細描述。

六、通過tftp網路服務下載測試核心
       setenv bootcmd tftp 20008000(記憶體地址) zImage\;go 20008000
       setenv bootargs nfs nfsroot=192.168.1.199(虛擬機器的ip):/source/rootfs ip=192.168.1.200(開發板的ip)  init=/linuxrc(第一個要啟動的使用者程序) ttySAC0,115200(設定中斷為串列埠1,波特率為:115200)     
       儲存環境變數,復位開發板,測試是否能夠正常啟動(注意:在此之前應設定好需要nfs掛載的檔案系統,最後才能看到效果).核心測試和啟動過程也是比較複雜的,在後續的文章中會詳細介紹。

第四部分:根檔案系統的介紹
    由本文的第一張圖:Flash儲存中存放檔案的分佈圖可知,檔案系統的製作和移植是系統移植的最後一道工序了,在這裡首先要提幾個問題:
    1.什麼是檔案系統?
2.
如何實現檔案系統?
    3.
常用的檔案系統有哪些?為什麼需要這些檔案系統?
    下面來一一回答這些問題:

檔案系統我們在日常生活中則很少聽說,但是它確實存在,只是名字不叫檔案系統罷了,一般叫資料庫。資料庫裡面的檔案眾多,我們如何快速準確的找到我們要的那份檔案呢?資料庫採用了分類索引的方法來實現快速查詢。類似於我們學校圖書館的管理方式,一樓可能是哲學類,二樓是社科類的,三樓是電子類的,四樓是計算機類的…………等等,我們把這種進行了分類索引的資料庫叫檔案系統。
    對於計算機而言,檔案其實就是資料資料,只能儲存在物理介質上面,比如:硬碟,但是我們人不可能自己讀取物理介質上的檔案,或者自己把檔案寫入物理介質,物理介質上檔案的讀寫只能採用程式來完成,為了方便實現,程式又被分成了物理介質驅動程式、內容儲存程式和檔案內容儲存程式。物理介質驅動程式專門用於從物理介質上存取資料;內容儲存程式用於把檔案內容和檔案屬性資訊打包;檔案內容儲存程式用於把使用者輸入形成檔案內容,或者取得檔案內容顯示出來。

我們可以把一個檔案系統(倒樹)分解成多個檔案系統(倒樹)分別存放到儲存介質上,比如:一個儲存到光盤裡,一個儲存到硬碟中,在使用時,我們把光盤裡的檔案系統的根目錄掛到硬碟檔案系統的一個目錄下面,這樣訪問這個目錄就相當於是訪問光碟的根目錄了,找到了根目錄,我們也就可以訪問整個光碟上的檔案系統了。

“在Linux系統中一切皆是檔案”這句話是我們學習Linux系統的時候常常聽到的一句話。雖然有些誇張,但是它揭示了檔案系統對於Linux系統的重要性;實際上檔案系統對於所有的作業系統都很重要,因為它們把大部分的硬體裝置和軟體資料以檔案的形式進行管理。Linux系統對裝置和資料的管理框架圖如下:


【圖3】檔案系統實現

[說明]

A. VFS(virtual file system)是虛擬檔案系統,它管理特殊檔案(虛擬檔案)、磁碟檔案和裝置檔案

B. fs_operations結構是由一系列檔案操作介面函式組成,由檔案系統層來完成,為VFS提供檔案操作;

C. 在檔案系統層,磁碟檔案要實現各種檔案系統(如:ext2),裝置檔案要實現各種抽象的裝置驅動

D. 在裝置驅動層,磁碟驅動要實現各種磁碟的驅動程式,其他裝置驅動要實現具體的裝置驅動

E. 物理層就是裝置自身


   為什麼會有不同的檔案型別?

由於儲存介質有很多種,所以沒有辦法用一種統一的格式存放檔案系統到各種不同的儲存介質上,而是需要多種不同的儲存格式來適應各種儲存介質的特性,以求達到存取效率和空間利用率的最優化,這樣就需要對每種儲存格式制定一個規範,這寫規範就叫檔案系統型別。常見的檔案系統型別有:
1.Dos
  FAT16
2.windows
  FAT16、FAT32、NTFS
3.Linux
  Minix、ext、ext2 、ext3 、ISO9660 、jffs2, yaffs, yaffs2、cramfs, romfs, ramdisk, rootfs、proc、sysfs、usbfs、devpts、 tmpfs & ramfs、 NFS

    由此可見,Linux支援的檔案系統最多。以不同的介質來分類,如下所示:
?  磁碟
    FAT16、 FAT16、FAT32、NTFS、ext、ext2 、ext3、Minix
?  光碟
    ISO9660、
?  Flash
    jffs2, yaffs, yaffs2、cramfs, romfs
?  記憶體
    Ramdisk、tmpfs & ramfs
?  虛擬
    rootfs、proc、sysfs、usbfs、devpts、NFS

常用的儲存介質理論上都可以用於儲存Linux支援的檔案系統;因為我們這裡只研究嵌入式系統,而嵌入式系統由於體積和移動特性的限制,不能採用磁碟和光碟,所以只能採用flash類的儲存裝置、記憶體和虛擬儲存裝置作為檔案系統的儲存介質; 

flash晶片的驅動程式是由系統來提供,所以它的存取特點完全是flash自身的特點,這時最好有更加適合flash的檔案系統——JffsYaffs、Cramfs和Romfs。這些檔案系統都是嵌入式Linux系統中常用的檔案系統,可以根據特點來選擇使用它們,特點如下:
共同點
基於MTD驅動
Jffs
  A.針對NOR Flash的實現
  B.基於雜湊表的日誌型檔案系統
  C.採取損耗平衡技術,每次寫入時都會盡量使寫入的位置均勻分佈
  D.可讀寫,支援資料壓縮
  E.崩潰/掉電安全保護
  F.當檔案系統已滿或接近滿時,因為垃圾收集的關係,執行速度大大放慢
Yaffs
  A.針對Nand Flash的實現
  B.日誌型檔案系統
  C.採取損耗平衡技術,每次寫入時都會盡量使寫入的位置均勻分佈
  D.可讀寫,不支援資料壓縮
  E.掛載時間短,佔用記憶體小
  F.自帶Nandflash驅動,可以不使用VFS和MTD
Cramfs
  A.單頁壓縮,支援隨機訪問,壓縮比高達2:1
  B.速度快,效率高
  C.只讀,有利於保護檔案系統免受破壞,提高了系統的可靠性,但是無法對其內容進行擴充
Romfs
  A.簡單的、緊湊的、只讀的檔案系統 
  B.順序存放資料,因而支援應用程式以XIP(execute In Place,片內執行)方式執行,在系統執行時,節省RAM空間 

    特有的檔案系統型別:
Ramdisk檔案系統
    
Linux系統中,記憶體經常用於儲存檔案系統,這種叫做RamdiskRamdisk有兩種,一種是完全把記憶體看成物理儲存介質,利用記憶體模擬磁碟,運用磁碟的檔案系統型別;另一種只是在記憶體中儲存了檔案系統邏輯結構,運用tmpfs & ramfs檔案系統型別:
    tmpfs & ramfs
    1. 概述
    用實體記憶體模擬磁碟分割槽,掛載這種分割槽後,就可以跟讀寫磁碟檔案一樣讀寫這裡面的檔案,但是操作速度要比磁碟檔案快得多;所以一般應用在下面幾個方面:
    1)讀寫速度要求快的檔案應該放在這種檔案系統中
    2)磁碟分割槽為flash的情況下,把需要經常讀寫的檔案放在這種檔案系統中,然後定期寫回flash
    3)系統中的臨時檔案,如/tmp、/var目錄下的檔案應該放在這種檔案系統中
    4)/dev裝置檔案(因為裝置檔案隨驅動和裝置的載入和解除安裝而變化),應該放在這種檔案系統中
    2. 特點 
    1)由於資料都存放在實體記憶體中,所以系統重啟後,這個檔案系統中的資料會全部丟失
    2)ramfs在沒有指定最大的大小值情況下,會自動增長,直到用掉系統中所有的實體記憶體為止,這時會導致系統的崩潰,建議掛載時最好限定其最大的大小值
    3)tmpfs如果指定了大小值,自動增長至大小值後,系統會限定它的大小;這個檔案系統佔用的實體記憶體頁可以背置換到swap分割槽,但是ramfs不行

    不同的檔案系統具有不同的製作方法,有的比較複雜,有的比較簡單,在此由於篇幅限制,先不做介紹,在後續的文章中會單獨介紹檔案系統的製作。
    寫了一天,終於寫完了,總結了一下最近學的系統移植方面的知識,不是很詳細,只是從巨集觀上去把握和理解系統移植的過程,在此做一個記錄,以備後忘。