高手进阶2.6内核的Linux嵌入式系统应用

优先级,在很大程度上限制了系统的可量测性和处理效率。Linux2.6则提供了新的管理方法——NUMA(Non Uniform Memory Access)。NUMA根据处理器和内存的拓扑布局,在发生内存竞争时,给予不同处理器不同级别权限以解决内存抢占瓶颈,提高吞吐量。

1.4 POSIX线程及NPTL

新的线程模型基于一个1:1的线程模型(一个内核线程对应一个用户线程),包括内核对新的 NPTL(Native POSIX Threading Library)的支持,这是对以前内核线程方法的明显改进。2.6内核同时还提供POSIX signals和POSIX high-resolution timers。POSIX signals不会丢失,并且可以携带线程间或处理器间的通信信息。嵌入式系统要求系统按时间表执行任务,POSIX timer可以提供1kHz的触发器使这一切变得简单,从而可以有效地控制进度。

1.5 微控制器的支持

Linux2.6内核加入了多种微控制器的支持。无MMU的处理器以前只能利用一些改进的分支版本,如uClinux,而2.6内核已经将其整合进了新的内核中,开始支持多种流行的无MMU微控制器,如Dragonball、ColdFire、Hitachi H8/300。Linux在无MMU控制器上仍旧支持多任务处理,但没有内存保护功能。同时也加入了许多流行的控制器的支持,如S3C2410等。

1.6 面向应用

嵌入式应用有用户定制的特点,硬件设计都针对特定应用开发,这给系统带来对非标准化设计支持的问题(如IRQ的管理)。为了更好地实现,可以采用部件化的操作系统。Linux2.6采用的子系统架构将功能模块化,可以定制而对其他部分影响最小。同时Linux2.6提供了多种新技术的支持以实现各种应用开发,如Advanced Linux Sound Architecture(ALSA)和Video4Linux等,对多媒体信息处理更加方便;对USB2.0的支持,提供更高速的传输,增加蓝牙无线接口、音频数据链接和面向链接的数据传输L2CAP,满足短距离的无线连接的需要;而且在2.6内核中还可以配置成无输入和显示的纯粹无用户接口系统。

2 应用研究

在S3C2410开发板上移植嵌入式Linux 2.6.11.7内核系统,应用于构建H.264多媒体系统。

2.1 建立交叉编译环境

在RedHat9的主机上进行内核移植开发,首先需要建立交叉编译环境。由于2.6内核中采用了一些新的特性和指令,需要采用较新的工具集,采用binutils-2.15、gcc-3.4.2、glibc-2.2.5、linux-2.6.8、glibc-linuxthreads-2.2.5来建立交叉编译工具链,建立之后将工具链路径加入系统路径$PATH中。

2.2 内核修改

Linux 2.6.11.7内核加入了对S3C2410芯片的支持,不再需要任何补丁文件。修改内核源码中Makefile的交叉编译选项ARCH=arm,CROSS_COMPILE=arm-linux-。针对硬件配置,需要在arch/arm/mach-s3c2410/devs.c或者smdk2410.c中添加FLASH的分区信息s3c_nand_info,如表1。

表1 NAND FLASH分区表 分区名 起始地址 大 小 Vivi 0x00000000 0x00020000 Param 0x00020000 0x00010000 Kernel 0x00030000 0x001c0000 Root 0x00200000 0x00200000 Usr 0x00400000 0x03c00000

2.3 内核编译加载

对内核进行适当的配置是一个量体裁衣的过程。由于2.6内核会根据本地系统配置进行初始设置,可以导入内核源码默认s3c2410的配置文件,方便加载内核基本配置,然后再选择所需选项。对MTD配置选择支持MTD设备驱动以及NAND FLASH驱动;选择支持要用到的各类文件系统(DEVFS、TMPFS、CRAMFS、YAFFS、EXT2、NFS)以及网络设备和协议,本系统加载了网络芯片CS8900以及USB支持;在H.264多媒体系统中还需要加载Frame buffer以支持LCD显示功能。使用交叉编译工具编译内核源码后, 会在arch/arm/boot/下生成名为zImage的内核映像,在Boot loader的命令提示模式下使用下载命令完成内核加载到开发板的存储设备FLASH中。编译过程(相对以前版本的编译过程,2.6内核编译有所简化):

make mrproper

make menuconfig(字符界面,或者用make xconfig图形界面,但需要Qt库的支持,而make gconfig则需要GTK库的支持)

make

make bzImage

2.4 文件系统

Linux采用文件系统组织系统中的文件和设备,为设备和用户程序提供统一接口。Linux 支持多种文件系统,本系统使用CRAMFS格式的只读根文件系统,而将FLASH中的USER区使用支持可读写的YA FFS文件系统格式,方便添加自己的应用程序。

在根文件系统中,为保护系统的基本设置不被更改,采用CRAMFS格式。采用DEVFS来实现基本设备的建立挂载,同时使用BusyBox也是一个缩