基于Xscale的PC/104 Linux系统构建

1 引言

PC/104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线。其实质是一种紧凑的IEEE-P996总线规范。PC/104的信号定义和PC/AT基本一致，但电气和机械规范完全不同，是一种优化的、低功耗的、小型的、堆栈式结构的嵌入式控制系统[1]。

基于嵌入式PC/104的操作系统多为DOS或者Windows。采用DOS系统无图形窗口，交互能力差；采用Windows系统则需要昂贵的版权费，成本高，且存在安全问题。

ARM(Advanced RISC Machines) 公司是全球领先的16/32位RISC微处理器知识产权设计供应商[2]。 ARM处理器具有体积小、功耗低、性能优良且成本低廉等优点，与PC/104的工作环境对其提出的要求相符，而且Linux具有开放源码的特点，用户不必为昂贵的版权费用担心。因此，研究以基于ARM的Xscale处理器替代传统的X86架构的PC/104处理器，并以嵌入式Linux系统替代DOS或 Windows系统具有重要意义。

2 PC/104目标硬件平台介绍

本文采取博创公司的UP-PXA270 PC/104 CPU模块作为构建Linux的目标硬件平台。该模块采用Intel PXA270 Xscale低功耗处理器，主频104MHZ～520MHZ，集成了64M的SDRAM，有16M的Nor Flash存储软件程序及重要数据，提供了CF卡接口、USB接口、VGA接口、LVDS接口、串口、以太网接口。

3 Linux系统在PC/104上的实现

3.1 内核的选择与下载

目前，Linux已经正式发布了2.6.20内核版本，综合考虑先进性和稳定性两个因素，本

文不采用最新的2.6.20版本，而是采用更稳定和成熟的2.6.10版本，该版本可从下面的网址

3.2 交叉编译环境的建立

由于宿主机和目标板的处理器架构不同，需要建立交叉编译环境。在宿主机上完成程序的开发和编译，在目标板上执行，可以充分利用宿主机的高性能，有效提高编译效率。

主机采用商用版Redhat-Linux9.0，以解决基于Windows虚拟机环境存在兼容性及对速度产生影响等问题。

本文在X86架构上的主机上采用针对ARM的工具链进行开发，开发工具链采用UP-PXA270 PC/104 CPU模块配套光盘中提供的交叉编译器arm-linux-gcc，安装步骤如下：

以超级用户root登陆，并打开一个shell，依次执行如下操作：

1） #mkdir/usr/local/arm;创建开发工具目录；

2） #cd/usr/local/arm;进入该目录；

3） #tar xvzf arm_linux_gcc.tar.gz；解压缩交叉编译工具；

4） #export PATH=/usr/local/arm/3.2.1/bin:￥PATH。设置环境变量。

便可完成安装，建立好交叉编译环境。

3.3 Boot Loader移植

引导加载程序Boot loader是在操作系统内核运行前运行的一小段程序。用来完成硬件和软件运行环境的初始化，建立内存空间映射图，以便最终调用操作系统内核。作用与PC机上的BIOS基本相同，是最底层的引导程序。

本文采用了功能最多、最具弹性的被最为积极开发和维护的开放源码的bootloader，即U-BOOT。它除了提供引导功能外，还提供监控程序的功能，该功能在系统开发期间非常有用。

Boot Loader移植操作如下：

首先确定在cpu./xscale/和board./pxa270下存在xscale.c和pxa270.c两个文件，然后在根目录下输入：make pxa270_config得到U-Boot.bin映像文件，最后用JTAG烧录到FLASH，完成Boot Loader的移植。

3.4 Linux内核的配置与裁减

Linux内核已经发展到2.6.20版本，功能非常强大，但是，体积也变的异常庞大。因此，必须针对PC/104目标板的硬件配置进行裁减。

根据目标板PXA270的资源配置，采用make menuconfig配置内核，将有关CPU、内存管理、JFFS2文件系统支持、串口支持、网口支持编译进内核，将音频、触摸屏接口、LVDS接口作为模块编译，需要时动态载入，这样编译下来的内核只有300KB左右，大大减小了内核的体积，减轻了目标板有限的存储空间和内存的压力。

编译并生成镜像命令如下：

1）#tar jxvf my-linux-2.6.10..tar.bz2

2）#ln –s linux-2.6.10 linux

3）#cd linux

4）#make clean

5）#make dep

6）#make bzImage

3.5 文件系统的选择和建立

根据文件系统的特性[5]和PC/104目标板的硬件环境，选择JFFS2作为PC/104目标板的文件系统。JFFS2文件系统具有垃圾回收功能维护空间，并且它的元数据的结构允许文件系统的写入操作，故可提供对使用Flash系统而言非常重要的断电可靠性和损耗平衡特性，能应对PC104工作时的突发事件，避免系统由于突发事件造成崩溃，从而提高系统的安全性。

商用发行版Red Hat的文件系统内容来自GNU，体积庞大，不适合做嵌入式系统的文件系统，而Busybox是小型嵌入式系统常用的一个套件，它可以根据配置执行ash shell的基本功能，以及几十个小应用程序的功能，而