基于ARM-Linux和S3C2440的嵌入式Linux内核设计 三星公司, 计算机技术, 计算机系统, 处理器, 嵌入式

yuyang911220

1 引言
        嵌入式系统(Embedded System)是当今最热门的领域之一，它可以定义为：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，对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。构建嵌入式系统需要从两个方面进行选型，一是硬件平台的选择，二是嵌入式操作系统的选择。
        硬件平台的选择包括处理器以及相关芯片的选型。嵌入式处理器种类繁多，有ARM、MIPS、 PPC等多种构架。这里选择三星公司的ARM9芯片S3C2440。ARM处理器的文档丰富，各类嵌入式软件大多支持ARM处理器，开发起来相对容易上手。在嵌入式操作系统方面，目前比较流行的几个嵌入式操作系统是Linux、Windows CE、VxWorks、Palm OS等，这里选择嵌入式Linux，其优点在于它是遵循GPL (General Public License)协议的开放源码操作系统，完全免费；其内核中支持的硬件种类繁多，几乎在网上可以找到所有的硬件驱动程序，有着大量的应用程序可用和庞大的开发人员群体。操作系统的选型极其重要，它会影响到工程后期的发布以及软件的维护。
        2 软硬件环境构建
        本设计采用主机与目标板结合的交叉开发模式， 如图1所示。

        主机自然指PC机，目标板指S3C2440开发板。开发板采用S3C2440A作为CPU；两片总共64M bytes 的 SDRAM 芯片作为内存；具有64MB NAND Flash和2MB NOR Flash两种Flash芯片；另外还有需要串口、并口等。
        嵌入式Linux开发可分为下面3个步骤：
        （1）在主机上编译Bootloader，然后通过JTAG 烧入单板。此方法速度较慢，适用于烧写空白单板；
        （2）在主机上编译嵌入式L i nu x内核，通过Bootloader烧入单板或者直接启动；
        （3）在主机上编译各类应用程序，单板启动内核后通过NFS运行它们，经过验证后再烧入单板。本设计基于Ubuntu 8.10进行开发，需要注意的是，编译器版本与最后系统的搭建成功与否有着直接的关系，这里所用的是arm-linux-gcc3.4.5版本，用它编译U-Boot1.1.6，内核linux-2.6.29.3。
       3 嵌入式Linux的裁剪与移植
       3.1 Linux移植准备
        使某一个平台的代码运行在其他平台上的过程叫移植。在进行内核裁剪时，需要结合自己的硬件电路，对内核代码进行修改。本系统选用Linux的稳定版本Linux-2.6.29.3内核作为移植对象。下面简要介绍 Linux的内核结构。
        /a rch，体系结构相关的代码，对于每个架构的CPU，a rch目录下有一个对应的子目录，比如a rch/ arm/。
        /drivers，所有的设备驱动程序，里面每一个子目录对应一类驱动程序，比如drivers/char/为字符设备驱动程序，drivers/mtd/为NOR Flash、NAND Flash 等存储设备的驱动程序。
        /fs，Linux支持的文件系统的代码，每个子目录对应一种文件系统，比如fs/jffs2/、fs/ext2/、fs/ext3/。
        /init，内核的初始化代码(不是系统的引导代码)，其中的main.c文件中的start_kernel函数是内核引导后 运行的第一个函数。
        / include，内核头文件，有基本头文件(存放在include/linux/目录下)，各种驱动或功能部件的头文件等。
        /ipc，进程间通信的代码。
        /kernel，内核管理的核心代码，与处理器相关的代码位于arch/*/kernel/目录下。
        /lib，内核用到的一些库函数代码，比如string.c；与处理器相关的库函数代码位于arch/*/lib/目录下。
        /mm，内存管理代码，与处理器相关的内存管理代码位于arch/*/mm/目录下。
        /net，网络支持代码，每个子目录对应于网络的一个方面。
        在移植Linux之前，先了解它的启动过程。Linux 的启动过程可以分为两部分：架构/单板相关的引导过程、后续的通用启动过程。ARM架构处理器上是Linux内核vmlinux的启动。之所以强调是vmlinux，是因为其他格式的内核在进行与vmlinux相同的流程之前会有一些独特的操作。比如对于压缩格式的内核 zImage，它首先进行自解压得到vmlinux，然后执行vmlinux开始“正常的”启动流程。