基于ARM和Linux的嵌入式平台的构建

摘要： 首先介绍了嵌入式系统的概念， 及相关硬件平台和软件版本。然后， 主要介绍了嵌入式Linux 的引导程序U-Boot 的移植， 以及开源、免费操作系统Linux2.6.32.2 的移植。最后， 构建了基于Nand Flash 存储器的Yaffs2 文件系统，利用BusyBox 创建根文件系统。基于ARM 和嵌入式Linux 的嵌入式系统平台搭建基本完成，可以在此平台上添加更多驱动，以便更好地开发应用程序。

进入后PC 时代以来， 伴随着设计和制造技术的发展， 集成电路从当初的晶体管集成发展到现在的IP 集成， 即SoC（System ON Chip ） 设计技术。促使嵌入式系统渗透到了当今社会中的各个行业， 并且发挥越来越重要的作用。嵌入式系统一般可定义为以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、适用于应用系统且对功能、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统，它的主要特点是嵌入、应用。

随着各种嵌入式设备功能越来越强大， 在设备中使用嵌入式操作系统也成为必然。Linux 操作系统具有开放源代码、易于移植、资源丰富、免费等特点， 在嵌入式领域的地位越来越重要。嵌入式Linux 和PC 上的Linux是同一套内核代码， 只是裁剪的程度不一样， 所以， 很多在PC 上开发的软件， 经过交叉编译后可以直接在嵌入式设备上运行。本文主要涉及到Bootloader 移植和Linux-2.6.32.2 内核的移植、根文件系统移植、在S3C2440平台上构建完整的嵌入式开发平台三个方面。

1 交叉开发环境的建立

在进行嵌入式软件开发之前， 必须要在PC 上建立ARM 的交叉编译环境。交叉编译就是在PC 平台上生成可以在ARM 平台上运行的代码。其中主要包括ARM 的交叉编译器arm-elf-gcc 和交叉连接器arm-elf-ld 。本文采用的交叉编译器的版本是gcc -3.4.5 -glibc -2.3.6 。

交叉编译流程如图1 所示。

图1 嵌入式系统交叉编译流程

2 BootLoader 引导加载程序

BootLoader 是一段在系统上电时开始执行的程序，用以初始化硬件设备， 准备好软件环境， 设置好启动参数， 最后引导操作系统， 与PC 上的BIOS 程序相似。当前开放源码的Linux 引导程序主要有x86 架构的LILO、GRUB， 对于ARM 架构的主要有Vivi 和U-Boot 。本文使用U-Boot 作为引导程序。U-Boot（Universal Boot Loader） ，即通用的BootLoader ， 遵循GPL 条款开放源代码。U-Boot相对于Vivi 功能更加强大， 也更方便后续程序的调试。

BootLoader 的启动一般分为两个阶段， 第一阶段的代码主要是用汇编语言编写， 主要的功能是完成硬件设备的初始化， 为加载第二阶段的代码准备RAM 空间， 设置好堆栈； 第二阶段主要用C 语言编写， 检测内存映射， 将内核映像和根文件系统从Nand Flash 读到RAM中， 为内核启动设置参数， 引导内核。

　　U-Boot 的源代码可以从ftp://ftp.denx.de/pub/u-boot/进行下载， 本文使用的U-Boot 版本是U-Boot2009.08 。

移植U-Boot 的关键步骤如下：

（1） 首先， 将include/configs 目录下的smdk2410.h 复制并改名为MINI2440.h ， 根据U-Boot 的说明可以知道，如果要使用开发板board/board_name > ， 则先执行“make board_nAME > ”_config 命令进行配置， 然后执行“make all ” ， 生成可执行文件。所以， 修改U-Boot 顶层的Makefile 文件， 添加下面一行mini2440_config : unconfig@ $ （MKCONFIG） $ （@:_config = ） arm arm920t mini2440frank s3c24x0 。这里有几个重要的参数，arm 指CPU 的架构，arm920t 指CPU 的类型，s3c24x0 指CPU 的型号。这样就可以使用make mini2440_config 这条命令进行配置。

（2）本文使用的U-Boot 是从Nand Flash 启动的， CPU可以直接访问Nand Flash 中前4 KB 代码， 利用这4 KB代码把U-Boot 中绝大部分代码拷贝到内存中[ 3]。其中下面的代码就是调用C 语言中的Nand Flash 的读写函数， 该函数主要把Nand Flash 中4 KB 以后的代码复制到RAM 中。在编写nand_read_ll 的函数时， 注意参考Nand Flash 的数据手册， 对大页和小页的Nand Flash ， 其读写的命令和时序是不同的。

　　@copy U-Boot to RAM

　　ldr r0,=teXT_BASE

　　mov r1,#0x0

　　mov r2,#0x60000

　　bl nand_read_ll

　　tST r0,#0x0

　　beq ok_nand_read

由于在后面加载Linux 内核和根文件系统时， 使用的是tftp 方式， 所以必须添加DM9000EP 网卡的驱动。在mini2440.h 文件中， 其主要的配置如下：

　　#define CONFIG_DRIVER_DM9000 1

　　#define CONFIG_NET_MULTI 1

　　#define CONFIG_DM9000_NO_SROM 1

　　#define CONFIG_DM9000_BASE 0x20000300

#define DM9000_DATA （CONFIG_