【嵌入式】构建嵌入式Linux系统

知识架构及层次

Linux内核由三部分构成：

• Bootloader：启动引导系统（可执行文件）
• Kernel：内核（可执行文件）
• Root File System：根文件系统
  
  
  

嵌入式Linux系统构成及启动略析

嵌入式 Linux 启动类同4X100 米接力跑，是由多个部分共同完成，包括：

• 第一棒：bootloader 初始化（PC 上则是 BIOS 初始化和 grub 启动两步）。
  首先完成内存初始化、微处理器配置、时钟初始化等基本工作，然后搬运Linux 内核到特定内存，并调用Linux 内核初始化函数（一般是head_armv.s 中的第一条指令），启动内核，把CPU 的控制权交给内核代码。
• 第二棒：内核代码开始执行，初始化硬件，构建内存管理系统、进程管理系统、模块管理系统、中断管理系统等 Linux 各种重要功能系统，最后创建init 进程，并加载根文件系统，将控制权递交到根文件系统。
  
• 第三棒：内核挂载根文件系统（相当于将根文件系统内容解压缩）。
  
  
  
• 第四棒，根据 inittab 配置文件，加载应用程序，最后启动 shell 程序，Linux 启动完成。
  

嵌入式Linux三剑客之uboot技术

Bootloader概念

Bootloader 是操作系统内核运行前运行的一段小程序。
功能：

1. 初始化硬件设备，如对 CPU、SDRAM、Flash、串口等进行初始化；
2. 加载内核到内存并执行内核代码；
3. 提供一些命令工具，如操作flash、从PC机搬运内核到开发板等功能。

Bootloader 相当于PC机上 BIOS 和 GRUB 功能集合体。

UBOOT

常见的 Bootloader：

UBOOT简介

U-Boot 是一个主要用于嵌入式系统的引导加载程序，可以支持多种不同的计算机系统结构，包括PPC、ARM、AVR32、MIPS、x86、68k、Nios 与 MicroBlaze。这也是一套在GNU通用公共许可证之下发布的自由软件。

这个项目起源于 Magnus Damm.在 8xx PowerPC 架构下写的引导加载程序：8xxROM。1999 年十月，Wolfgang Denk 将项目移转到 SourceForge.net，但 SourceForge.net 不允许数字开头的项目名称，所以改名为 PPCBoot。2002年11 月 PPCBoot 改名为 U-Boot。

UBOOT优势

• 开放源码
• 支持多种嵌入式操作系统内核，如 Linux、NetBSD、VxWorks、QNX、RTEMS、ARTOS、LynxOS、android
• 支持多个处理器系列，如 PowerPC、ARM、x86、MIPS
• 较高的可靠性和稳定性；
• 高度灵活的功能设置，适合 U-Boot 调试、操作系统不同引导要求、产品发布等；
• 丰富的设备驱动源码，如串口、以太网、SDRAM、FLASH、LCD、NVRAM、EEPROM、RTC、键盘等
• 较为丰富的开发调试文档与强大的网络技术支持

UBOOT功能

• 系统引导支持 NFS 挂载、RAMDISK (压缩或非压缩)形式的根文件系统；
  支持 NFS 挂载、从 FLASH 中引导压缩或非压缩系统内核；
• 基本辅助功能强大的操作系统接口功能；
  可灵活设置、传递多个关键参数给操作系统，适合系统在不同开发阶段的调试要求与产品发布，尤以Linux支持最为强劲；
  支持目标板环境参数多种存储方式，如 FLASH、NVRAM、EEPROM；
• CRC32 校验可校验 FLASH 中内核、RAMDISK 镜像文件是否完好
• 设备驱动串口、SDRAM、FLASH、以太网、LCD、NVRAM、EEPROM、键盘、USB、PCMCIA、PCI、RTC等驱动支持；
• 上电自检功能 SDRAM、FLASH 大小自动检测；SDRAM 故障检测；CPU型号；
• 特殊功能 XIP 内核引导；

UBOOT工作模式

• 启动加载模式是 Bootloader 的正常工作模式，嵌入式产品发布时，Bootloader 必须工作在这种模式下，Bootloader 将嵌入式操作系统从 FLASH 中加载到 SDRAM 中运行，整个过程是自动的。
• 下载模式就是 Bootloader 通过某些通信手段将内核映像或根文件系统映像等从PC机中下载到目标板的 FLASH 中。

UBOOT源码目录

• 源码
• 配置文件及脚本解释器
• Makefile文件

UBOOT编译过程

1. 解压缩uboot源码到目录下
2. 根据开发板进行配置
   make smdk2440
3. 编译uboot
   make
4. 烧写uboot.bin到开发板（使用仿真器完成）
5. 启动开发板后，uboot就运行起来
   

典型uboot命令

• nand分区命令：nand
• 参数命令：setenv/printenv
• 传输文件命令：load/tftp
• 启动命令：bootm
• 其它命令：nm/cp/date

打印环境变量：printenv
功能：打印开发板上的环境变量值
例：

Uboot> printenv
baudrate=115200
ipaddr=192.168.1.1
ethaddr=12:34:56:78:9A:BC
serverip=192.168.1.5
Environment size: 80/8188 bytes

设置环境变量：setenv 变量 值
功能：设置开发板上的环境变量值
例：

Uboot> setenv ethaddr 12:34:56:78:9A:BC
Uboot> setenv ipaddr 192.168.1.1
Uboot> setenv serverip 192.168.1.254   
			（tftp服务器的地址）

保存环境变量：saveenv
功能：保存开发板上的环境变量值

网络加载内核：tftp 待加载到的内存地址 待加载文件名
功能：通过网络将位于PC机上tftp服务器目录（如为/tftpdroot) 下的文件加载到开发板内存地址
例：把 server（IP=环境变量中设置的serverip）中 /tftpdroot/ 下的 vmlinux 通过 TFTP 读入到物理内存 32000000 处。

Uboot> tftp 32000000 vmlinux

启动内核命令：bootm 内核内存地址
功能：将位于内核内存地址处的内核启动起来
例：

Uboot> bootm 0x30008000
## Booting image at 30008000 ...
Starting kernel ...
Uncompressing
Linux......................................................................
done.

NandFlash操作命令：nand 命令码 参数
功能：

• 根据命令码对 nandflash 设备进行相关操作，命令码有以下几种
• erase
  语法形式：nand erase EraseAddr EraseSize
  功能：擦除 nand 设备从 EraseAddr 地址处 EraseSize 块大小内容
• write
  语法形式：nand write FromMemAddr ToNandAddr size
  功能：将内存地址为 FromMemAddr 处 size 字节数据写到 nand 设备 ToNandAddr 地址处。
• Info
  语法形式：nand info
  功能：打印 nand 设备信息
• read
  语法形式：nand read ToMemAddr FromNandAddr size
  功能：从 Nand 设备地址为 FromNandAddr 处读取 size 字节数据到内存 ToMemAddr 处。

嵌入式Linux三剑客之内核技术

嵌入式Linux三剑客之文件系统技术

课后作业

1.嵌入式Linux操作系统包括（bootloader）、（Linux 内核） 、（根文件系统）三部分组成。
2.在PC机上Linux系统编译使用的编译器名为(gcc) ，ARM处理器嵌入式编译器名为(arm-linux-gcc)。
3.从C语言角度来理解，嵌入式Linux内核仅是众多（函数）的集合体，其有一个类似于main的函数，名称为 （start_kernel）。

4.简述 bootloader 的功能：

1. 初始化硬件设备，如对 CPU、SDRAM、Flash、串口等进行初始化；
2. 加载内核到内存并执行内核代码；
3. 提供一些命令工具，如操作flash、从PC机搬运内核到开发板等功能。

5.在uboot中，打印开发板上环境变量值的命令为（printenv），设置IP地址为192.168.1.1的命令为（setenv ipaddr 192.168.1.1），假如嵌入式内核名为vmlinux，通过tftp加载内核的命令为 （tftp 32000000 vmlinux），启动嵌入式Linux内核的命令为（bootm 0x32000000）。