鮑尚東 王杰

摘 要：針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，本文較詳細(xì)的給出了嵌入式linux系統(tǒng)的構(gòu)建流程和方法。主要分為開發(fā)環(huán)境的建立，linux的安裝和編譯器的制作。bootloader、linux內(nèi)核、文件系統(tǒng)的移植以及驅(qū)動(dòng)程序編寫。

關(guān)鍵詞：linux;bootloader;根文件系統(tǒng);驅(qū)動(dòng)程序

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.144

企業(yè)對(duì)嵌入式linux工程師的需求量大，所以嵌入式linux的開發(fā)是一門熱門的領(lǐng)域。嵌入式linux系統(tǒng)的開發(fā)涉及到硬件電路的設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)的移植、驅(qū)動(dòng)程序的編寫、應(yīng)用程序的開發(fā)等主要方面。本文研究了基于S3C2410X的嵌入式linux系統(tǒng)的構(gòu)建。

1 系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，核心部分是三星公司的S3C2410X處理器。外圍擴(kuò)展有LCD液晶顯示屏、UART通道、以太網(wǎng)、鍵盤、主從USB，總線接口等主要器件。

2 開發(fā)環(huán)境的建立

2.1 宿主機(jī)linux的安裝

嵌入式linux開發(fā)需要在計(jì)算機(jī)上安裝linux操作系統(tǒng)提供編譯開發(fā)環(huán)境，通常稱為宿主機(jī)。有多種方案可行，一是直接在計(jì)算機(jī)上安裝雙操作系統(tǒng)，二是建立獨(dú)立的linux服務(wù)器，三是在windows環(huán)境下安裝WMware虛擬機(jī)（linux）的方式，本文采用第三種方案適合初學(xué)者。在WMware中安裝Red Hat9操作系統(tǒng)[1]。

2.2 構(gòu)建交叉開發(fā)工具鏈

交叉工具鏈俗稱編譯器，一是直接從相關(guān)網(wǎng)站下載，二是分步式構(gòu)建交叉工具鏈，三是通過crosstool腳本工具集構(gòu)建，這里采用的是crosstool-0.43版本，查看crosstool里的匹配文本，從相關(guān)網(wǎng)站下載工具鏈所需要的軟件包，主要包含gcc、binutils、glibc、linux內(nèi)核頭文件。所有文本無需解壓直接放在相關(guān)目錄里，利用vi編輯器打開demo-arm9tdmi.sh文件進(jìn)行修改，修改完后運(yùn)行該腳本程序，最終在宿主機(jī)的linux系統(tǒng)相關(guān)目錄里生成gcc編譯器。

3 bootloader的移植

啟動(dòng)引導(dǎo)程序bootloader主要完成系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的硬件初始化工作并能夠?qū)⒉僮飨到y(tǒng)給啟動(dòng)引導(dǎo)起來，另外其包含必要的驅(qū)動(dòng)程序和命令，能與宿主機(jī)進(jìn)行通信執(zhí)行下載等現(xiàn)關(guān)操作。u-boot可以針對(duì)多種處理器并不是為某一處理器而開發(fā)的，適用范圍更廣，但其在使用前需要針對(duì)特定硬件平臺(tái)做修改，完成移植工作。vivi是韓國mizi公司針對(duì)三星的ARM系列處理器開發(fā)的一款bootloader具有專用性，使用方便等特點(diǎn)。網(wǎng)上也有該bootloader的變種，功能更強(qiáng)大。利用vivi編輯器打開Makefile文件，修改ARCH=arm，CROSS_COMPILE=gcc的絕對(duì)路徑。執(zhí)行make menuconfig執(zhí)行相關(guān)的配置，最后運(yùn)行make生成可執(zhí)行文件vivi 。

4 Linux-2.6內(nèi)核的移植

linux內(nèi)核是整個(gè)系統(tǒng)的核心與靈魂。它是一種開源軟件，可以從相關(guān)網(wǎng)站下載，目前主流的處理器均能支持。在移植之前需要對(duì)其進(jìn)行修改，首先要針對(duì)特定硬件平臺(tái)的軟件部分進(jìn)行修改，由于linux社區(qū)的維護(hù)工作，這部分工作已經(jīng)大大減輕，修改Makefile文件，輸入make menuconfig對(duì)linux-2.6內(nèi)核進(jìn)行必要的配置，該項(xiàng)工作很重要，關(guān)系到可執(zhí)行內(nèi)核的大小和實(shí)用性。

5 根文件系統(tǒng)的構(gòu)建

文件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行某種組織和管理的方式，根文件系統(tǒng)是linux啟動(dòng)后掛載的第一個(gè)文件系統(tǒng)[2]。首先制作根目錄例如etc、dev、sbin、bin等目錄，盡可能按著文件系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)來制作目錄。linux是類似于unix的命令系統(tǒng)，在嵌入式開發(fā)中可以通過busybox來制作相關(guān)的命令。編寫etc目錄下的腳步配置文件，例如rcS、inittab、profile等腳步程序。

6 驅(qū)動(dòng)程序的編寫

驅(qū)動(dòng)程序的編寫屬于底層開發(fā)，其工作量相對(duì)較小，但難度較大，要求開發(fā)者具有較深厚的硬件，C語言和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。Linux驅(qū)動(dòng)程序分為字符驅(qū)動(dòng)，快驅(qū)動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)。字符驅(qū)動(dòng)是我們經(jīng)常要編寫的驅(qū)動(dòng)程序，所有要理解字符驅(qū)動(dòng)的編寫規(guī)則。驅(qū)動(dòng)程序稱為設(shè)備文件，字符驅(qū)動(dòng)通過open（）函數(shù)打開，read（）、write（）等對(duì)其讀寫，所有這些操作函數(shù)都是通過file_operations這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行訪問[3]。

7 結(jié)論

本文針對(duì)S3C2410X處理器構(gòu)建了linux系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)，屬于底層開發(fā)，能夠可靠運(yùn)行，能支持后續(xù)多種應(yīng)用程序的開發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳賾等.ARM嵌入式技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011：288-290.

[2]文宇波.構(gòu)建和移植嵌入式Linux的根文件系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2010年26-5-2：65-67.

[3]韋東山.嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)安全手冊(cè)[M].北京：人民郵電出版社，2008：384-389.

基金項(xiàng)目：國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目：基于ARM的嵌入式linux研究（編號(hào)：201810383059）

作者簡介：鮑尚東（1980-），男，安徽巢湖人，碩士研究生，助教，研究方向：嵌入式系統(tǒng)。