Linux嵌入式系统设计与开发.pdf-道客多多

资源描述

1、 Linux嵌入式系统设计与开发 1 第一部分嵌入式系统开发环境第一章嵌入式系统开发环境的搭建，以及相关工具的使用 1.1 虚拟机 +linux redhat9.0安装 1.1.1 虚拟机软件的安装及配置。虚拟机软件是一种可以在一台电脑上模拟出来若干台 PC，每台 PC可以运行单独操作系而互不干扰，实现一台电脑“同时”运行几个操作系统，还可以将这几个操作系统连成一个网络的软件。采用 VMware Workstation5.5例说明如何在 windows创建一个虚拟机环境。 VMware Workstation安装后的界面如下：创建一个虚拟机选择 linux 指定虚拟机存放的路径

2、选择网络配置对于虚拟机的设备进行配置，这里采用虚拟光驱，指定安装 linux镜像的路径设备相关信息设置如下，启动虚拟机，开始安装。进行 linux安装 1.1.2 Redhat9.0的安装。注意不安装防火墙，采用 workstation，确保服务 samba,tftp,tfp,nfs,SSH， DHCP， telnet 都安装上。 1.2 Linux系统服务的配置配置系统服务时，要使防火墙关闭，或使其为低。 1.2.1 网络配置 rootlocalhost /# setup 进入网络配置菜单，设置 ip。 rootlocalhost root#

3、 service network restart 重启网络服务 rootlocalhost root# ifconfig 察看网络配置 1.2.2 Tftp服务的配置选择 tftp服务 rootlocalhost /# setup 配置 tftp服务目录 rootlocalhost /# vi /etc/xinetd.d/tftp service tftp disable = no socket_type = dgram protocol = udp wait = yes user = root server = /usr/sbin/in.tftpd server_args = -s

4、/tftpboot per_source = 11 cps = 100 2 启动 tftp服务 rootlocalhost /# service xinetd restart Stopping xinetd: OK Starting xinetd: OK 检测 tftp服务 rootlocalhost /# netstat -a | grep tftp udp 0 0 *:tftp *:* 1.2.3 Samba服务器配置选择 samba服务 rootlocalhost /# setup 编辑 smb.conf配置文件， rootlocalhost /# vi /etc/samba/sm

5、b.conf 增加用户名以及共享路径，如下： homes comment = Home Directories path = / browseable = no writable = yes valid users = root create mode = 0664 directory mode = 0775 rootlocalhost /#smbadduser root:admin 增加 samba用户 rootlocalhost /# service smb restart 激活 samba服务 rootlocalhost /# service smb status 察看 sa

6、mba服务 1.2.4 telnet服务器配置选择 telnet服务 rootlocalhost /# vi /etc/pam.d/login 注释掉 auth required /lib/security/pam_securetty.so 这句话重启服务 rootlocalhost /# service xinetd restart 至此可以以 root用户 telnet登录 1.2.5 nfs服务器配置选择 nfs服务 rootlocalhost /# vi /etc/exports 增加 nfs服务输出的路径以及供给的 ip地址，例如增加如下条目： /ho

7、me/nfsroot 192.168.230.128(rw,sync) 表示 ip地址为 192.168.230.128可以读写本机的目录 /home/nfsroot rootlocalhost /# service nfs restart 激活 nfs服务 rootlocalhost /# service nfs status 察看 nfs服务的状态 1.2.6 DHCP服务器配置注意：当配置 DHCP服务时会对于局域网有影响，建议在虚拟机的环境下，网络设备选择 Host-only工作方式，如果不是虚拟机，请把网络连接与局域网断开。

8、选择 DHCP服务器 rootlocalhost /# cp /usr/share/doc/dhcp-3.0pl1/dhcpd.conf.sample /etc/dhcpd.conf 创建一个 DHCP服务的配置文件 rootlocalhost /# vi /etc/dhcpd.conf 编辑 dhcpd.conf配置 DHCP服务，下面的例子实现了基本的配置，目的是为在虚拟机上实现 linux内核在网络上的启动。本机的 ip是 192.168.230.129 ddns-update-style interim; ignore client-updates;

9、subnet 192.168.230.0 netmask 255.255.255.0 # - default gateway option routers 192.168.230.129; option subnet-mask 255.255.255.0; option time-offset -18000; # Eastern Standard Time range dynamic-bootp 192.168.230.120 192.168.230.128; default-lease-time 21600; max-lease-time 43200; filename “/pxelinux

10、.0“; #为实现通过网络启动加载的文件 # we want the nameserver to appear at a fixed address rootlocalhost /# service dhcpd start 开启 dhcp服务 rootlocalhost /# service dhcpd status 察看服务是否运行 1.2.7 支持网络启动内核的配置方法基本原理 ,实现网络启动必须支持 PXE， PXE(Pre-boot Execution Environment)是由 Intel 设计的协议，它可以使计算机通过网络启动。协

11、议分为 client和 server两端， PXE client在网卡的 ROM中，当计算机引导时， BIOS把 PXE client调入内存执行，并显示出命令菜单，经用户选择后， PXE client将放置在远端的操作系统通过网络下载到本地运行。 PXE协议的成功运行需要解决以下两个问题： l 既然是通过网络传输，那么计算机在启动时，它的 IP地址由谁来配置； l 通过什么协议下载 Linux内核和根文件系统对于第一个问题，可以通过 DHCP Se

12、rver解决，由 DHCP server来给 PXE client分配一个 IP地址， DHCP Server是用来给 DHCP Client动态分配 IP地址的协议，不过由于这里是给 PXE Client分配 IP地址，所以在配置 DHCP Server时，需要增加相应的 PXE特有配置。至于第二个问题，在 PXE client所在的 ROM中，已经存在了 TFTP Client。 PXE Client 使用 TFTP Client，通过 TFTP协议到 TFTP Server上下载所需的文件。 1.2.

13、7.1 配置 DHCP和 tfpt服务，配置方式见以上描述。 1.2.7.2 配置 bootstrap Bootstrap文件是可执行程序，它向用户提供简单的控制界面，并根据用户的选择，下载合适的 Linux 内核以及 Linux 根文件系统。 bootstrap 文件在 dhcpd.conf 中被指定为 pxelinux.0 文件，放置在 /tftpboot。 Linux 内核以及 Linux 根文件系统也放置在 /tftpboot。 pxelinux.0在执行过程中，要读配置文件，所有的配置文

14、件都放在 /tftpboot/pxelinux.cfg/目录下。由于 PXElinux具有为不同的 PXE Client提供不同的 Linux内核以及根文件系统的功能，所以要通过不同的配置文件名来区分出不同的 PXE Client的需求。比如一个 PXE Client由 DHCP Server 分配的 IP 地址为 192.168.0.22，那么相对应的配置文件名为 /tftpboot/pxelinux.cfg/C0A80016（注： C0A80016为 IP地址 192.168.0.22的十六进制表示

15、）。如果找不到，就按照顺序 C0A80016- C0A8001- C0A800- C0A80- C0A8- C0A- C0- C-default查找配置文件。 rootlocalhost /# cp /usr/lib/syslinux/pxelinux.0 /tftpboot/ rootlocalhost /# cd /tftpboot/ rootlocalhost tftpboot# mkdir pxelinux.cfg rootlocalhost tftpboot# cd pxelinux.cfg/ rootlocalhost pxelinux.cfg# vi def

16、ault default linux-boot prompt 1 timeout 30 label linux-boot kernel vmlinuz append initrd=initrd devfs=nomount ramdisk_size=9216 把内核 vmlinuz， initrd拷贝到 /tftp下，这样当启动另外一个虚拟机，启动时按 F12，即可进入网络启动。启动界面如下： 1.3 交叉工具链的介绍与使用 1.3.1 基础知识交叉编译，就是在一个平台上生成另一个平台上的可执行代码。这里需要注意的是所谓平台，

17、实际上包含两个概念：体系结构（ Architecture）、操作系统（ Operating System）。同一个体系结构可以运行不同的操作系统；同样，同一个操作系统也可以在不同的体系结构上运行。在主机平台上开发程序，并在这个平台上运行交叉编译器，编译我们的程序；而由交叉编译器生成的程序将在目的平台上运行。例如： arm-linux，说明平台所使用的是 arm体系结构，运行的操作系统是 linux 1.3.2 GNU 交叉工具链的下载 Arm工具链的官

18、方下载地址： ftp:/ftp.arm.linux.org.uk/pub/arm-linux-/toolchain/cross2.95.3.tar.bz2 ftp:/ftp.arm.linux.org.uk/pub/arm-linux-/toolchain/cross3.0.tar.bz2 ftp:/ftp.arm.linux.org.uk/pub/arm-linux-/toolchain/cross3.2.tar.bz2 http:/www.handhelds.org/download/projects/toolchain/ 可以下载 arm-linux-gcc-3.4.1编译

19、linux2.6的内核 1.3.3 GNU交叉工具链的介绍以及使用 1.3.3.1 常用工具介绍 arm-linux-as 编译 ARM汇编程序 arm-linux-ar 把多个 .o合并成一个 .o或静态库 (.a)， arm-linux-ranlib 为库文件建立索引，相当于 arm-linux-ar s arm-linux-ld 连接器 (Linker), 把多个 .o或库文件连接成一个可执行文件 arm-linux-objdump 查看目标文件 (.o)和库 (.a)的信息 arm-linux-objcopy 转换可执

20、行文件的格式 arm-linux-strip 去掉 elf可执行文件的信息 . 使可执行文件变小 arm-linux-readelf 读 elf可执行文件的信息 arm-linux-gcc 编译 .c或 .S开头的 C程序或汇编程序 arm-linux-nm 用来列出目标文件的符号清单 1.3.3.2 主要工具的使用 1.3.3.2.1 arm-linux-gcc 的使用 1. 编译 C文件，生成 elf可执行文件 h1.c 源文件 #include void hellofirst(void) printf

21、(“The first hello! n“); h2.c 源文件 #include void hellosecond(void) printf(“The second hello! n“); hello.c 源文件 #include extern void hellosecond(void); extern void hellofirst(void); int main(int argc, char *argv) hellofirst(); hellosecond(); return(0); 编译以上 3个文件，有如下几种方法 : 方法 1: rootlocalhos

22、t codetest#arm-linux-gcc -c h1.c rootlocalhost codetest#arm-linux-gcc -c h2.c rootlocalhost codetest#arm-linux-gcc -o hello hello.c h1.o h2.o 方法 2: rootlocalhost codetest#arm-linux-gcc -c h1.c h2.c rootlocalhost codetest#arm-linux-gcc -o hello hello.c h1.o h2.o 方法 3: rootlocalhost codetest#arm-lin

23、ux-gcc -c -o h1.o h1.c rootlocalhost codetest#arm-linux-gcc -c -o h1.o h1.c rootlocalhost codetest#arm-linux-gcc -o hello hello.c h1.o h2.o 方法 4： rootlocalhost codetest#arm-linux-gcc -o hello hello.c h1.c h2.c -c:只编译不连接。 -o:编译且连接。 2. 产生一个预处理文件，适合看一个宏在源文件中产生的结果。 rootloc

24、alhost codetest#arm-linux-gcc -E h1.i h1.c E:产生一个预处理文件 . 1.3.3.2.2 arm-linux-ar 和 arm-linux-ranlib 的使用静态库是在编译时需要的库。 1. 建立一个静态库 rootlocalhost codetest#arm-linux-ar -r libhello.a h1.o h2.o 2. 为静态库建立索引 rootlocalhost codetest#arm-linux-ar -s libhello.a rootlocalhost codetest#

25、arm-linux-ranlib libhello.a 3. 由静态库产生可执行文件 rootlocalhost codetest#arm-linux-gcc -o hello hello.c libhello.a 1.3.3.2.3 arm-linux-objdump 的使用 1. 查看静态库或 .o文件的组成文件 armlocalhost gcc$ arm-linux-objdump -a libhello.a 2. 查看静态库或 .o文件的组成部分的头部分 armlocalhost gcc$ arm-linux-objdum

26、p -h libhello.a 3. 把目标文件代码反汇编 armlocalhost gcc$ arm-linux-objdump -d libhello.a 1.3.3.2.4 arm-linux-readelf 的使用 1. 读 elf文件开始的文件头部 armlocalhost gcc$ arm-linux-readelf -h hello 2. 读 elf文件中所有 ELF 的头部 : rootlocalhost codetest#arm-linux-readelf -e hello 3. 显示整个文件的符号表 rootlocalhost

27、 codetest#arm-linux-readelf -s hello 4. 显示使用的动态库 rootlocalhost codetest#arm-linux-readelf -d hello 1.3.3.2.5 arm-linux-strip 的使用 1. 移除所有的符号信息 rootlocalhost codetest#arm-linux-strip strip-all hello strip-all:是移除所有符号信息 2. 移除调试符号信息 rootlocalhost codetest#arm-linux-strip -g hello 1.3.3.

28、2.6 arm-linux-objcopy 的使用生成可以执行的 2进制代码 rootlocalhost codetest#arm-linux-objcopy -O binary hello hello.bin 1.3.3.2.7 arm-linux-nm 的使用列出目标文件的符号清单 rootlocalhost codetest#arm-linux-nm hello.o 1.4 SSH Secure Shell客户端软件的安装及使用实现更安全的远程登录，可进行 ftp操作。 1.5 串口终端 Procomm Plus的使用可以运行命令脚本，

29、实现多个命令的自动运行 1.6 使用 Source insight进行代码阅读 Linux源代码阅读的利器 1.7 文件比较工具 Araxis Merge2001的使用可以方便对比文件之间的差异 1.8 文件编辑工具 UltraEdit的使用第二部分最小系统的启动 2 第二章 u-boot的移植 2.1 u-boot介绍 Uboot是德国 DENX小组的开发用于多种嵌入式 CPU的 bootloader程序 , UBoot不仅仅支持嵌入式 Linux系统的引导，当前，它还支持 NetBSD, VxWorks,

30、 QNX, RTEMS, ARTOS, LynxOS嵌入式操作系统。 UBoot除了支持 PowerPC系列的处理器外，还能支持 MIPS、 x86、 ARM、 NIOS、 XScale等诸多常用系列的处理器。本文的代码取自于 uboot1.1.4。 2.2 获取 u-boot 从下面地址下载 uboot的源代码。 http:/ ubootlocalhost uboot#tar xjvf uboot1.1.4.tar.bz2 ubootlocalhost uboot#cd uboot1.1.4 2.3 u-boot体系结构 1. 目录

32、文件 . 3. common：实现 uboot命令行下支持的命令，每一条命令都对应一个文件。例如 bootm命令对应就是 cmd_bootm.c。 4. cpu：与特定 CPU架构相关目录，每一款 Uboot下支持的 CPU在该目录下对应一个子目录，比如有子目录 arm920t等。 5. disk：对磁盘的支持。 6. doc：文档目录。 Uboot有非常完善的文档，推荐大家参考阅读。 7. drivers： Uboot支持的设备驱动程序都放在该目录，比如各种网

33、卡、支持 CFI的 Flash、串口和 USB等。 8. fs: 支持的文件系统， Uboot现在支持 cramfs、 fat、 fdos、 jffs2和 registerfs。 9. include： Uboot使用的头文件，还有对各种硬件平台支持的汇编文件，系统的配置文件和对文件系统支持的文件。该目录下 configs 目录有与开发板相关的配置头文件，如 smdk2410.h。该目录下的 asm目录有与 CPU体系结构相关的头文件， asm对应的是 asmarm.9. lib_xx

34、xx: 与体系结构相关的库文件。如与 ARM相关的库放在 lib_arm中。 10. net：与网络协议栈相关的代码， BOOTP协议、 TFTP协议、 RARP协议和 NFS文件系统的实现。 11. tools：生成 Uboot的工具，如： mkimage, crc等等。 2.4 u-boot编译及配置 2.4.1 u-boot的 Makefile分析 u-boot的 Makefile从功能上可以分成两个部分。一部分是用来编译生成 uboot.bin文件；另一部分是用来执行每种 b

35、oard相关的配置。下面以 smdk2410为例来说明作了哪些配置。 $make smdk2410_config 在 shell执行以上命令，对应于 Makefile执行的命令是 smdk2410_config : unconfig ./mkconfig $(:_config=) arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0 首先执行如下命令，删除文件 include/config.h include/config.mk board/*/config.tmp，后续会发现这些文件是如何建立的。 unconfig: rm

36、 -f include/config.h include/config.mk board/*/config.tmp 然后运行命令 ./mkconfig $(:_config=) arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0， mkconfig是脚本文件，传入的参数 $1至 $6分别为： smdk2410 arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0，根据传入的参数执行如下命令 cd ./include rm f asm ln s asm-arm asm rm f asm-arm/arch ln s arch-s3

37、c24x0 asm-arm/arch rm f asm-arm/proc ln s proc-armv asm-arm/proc 生成文件 config.mk，文件内容为： ARCH = arm CPU = arm920t BOARD = smdk2410 SOC = s3c24x0 生成文件 config.h，文件内容为： /* Automatically generated - do not edit */ #include 至此 make smdk2410_config的命令全部执行完毕。配置完成与 board相关的信息，下面就可

38、以编译此 board的 u-boot.bin文件，执行如下命令： $make CROSS_COMPILE=arm-linux- Makefile的执行首先包含 include include/config.mk 文件，获取 ARCH CPU BOARD VENDOR SOC的定义，然后根据宏的配置编译指定的文件，最终生成 u-boot.bin文件，执行流程请自行分析。 2.4.2 u-boot.bin的生成根据以上对于 makefile的分析， u-boot.bin的生成分为两步。如下：

39、对于 board进行配置： $make smdk2410_config 进行编译生成 u-boot.bin： $make CROSS_COMPILE=arm-linux- 2.5 u-boot的启动过程及工作原理 2.5.1 启动模式介绍大多数 Boot Loader 都包含两种不同的操作模式： “启动加载 “模式和 “下载 “模式，这种区别仅对于开发人员才有意义。但从最终用户的角度看， Boot Loader 的作用就是用来加载操作系统，而并不存在所谓的启动加载模式与下载工作模式的区别。

40、启动加载（ Boot loading）模式：这种模式也称为 “自主 “（ Autonomous）模式。也即 Boot Loader 从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到 RAM 中运行，整个过程并没有用户的介入。这种模式是 BootLoader 的正常工作模式，因此在嵌入式产品发布的时侯， Boot Loader 显然必须工作在这种模式下。下载（ Downloading）模式：在这种模式下，目标机上的 Boot Loader 将通过

41、串口连接或网络连接等通信手段从主机（ Host）下载文件，比如：下载内核映像和根文件系统映像等。从主机下载的文件通常首先被 BootLoader 保存到目标机的 RAM 中，然后再被 BootLoader 写到目标机上的 FLASH 类固态存储设备中。 BootLoader 的这种模式通常在第一次安装内核与根文件系统时被使用；此外，以后的系统更新也会使用 BootLoader 的这种工作模式。工作于这种模式下的 Boo

42、t Loader 通常都会向它的终端用户提供一个简单的命令行接口。 UBoot这样功能强大的 Boot Loader 同时支持这两种工作模式，而且允许用户在这两种工作模式之间进行切换。大多数 bootloader都分为阶段 1(stage1)和阶段 2(stage2)两大部分， uboot也不例外。依赖于 CPU体系结构的代码（如 CPU初始化代码等）通常都放在阶段 1中且通常用汇编语言实现，而阶段 2则通常用 C语言来

43、实现，这样可以实现复杂的功能，而且有更好的可读性和移植性。 2.5.2 阶段 1介绍 uboot的 stage1代码通常放在 start.s文件中，它用汇编语言写成，其主要代码部分如下： 2.5.2.1 定义入口由于一个可执行的 Image必须有一个入口点，并且只能有一个全局入口，通常这个入口放在 ROM(Flash)的 0x0地址，因此，必须通知编译器以使其知道这个入口，该工作可通过修改连接器脚本来完成。 1. b

44、oard/smdk2410/uboot.lds: ENTRY(_start) = cpu/arm920t/start.o (.text) 2. uboot在 ram的代码区（ TEXT_BASE = 0x33F80000）定义在 board/smdk2410/config.mk 2.5.2.2 设置异常向量 .globl _start _start: b reset ldr pc, _undefined_instruction ldr pc, _software_interrupt ldr pc, _prefetch_abort ldr pc, _data_abort ldr p

45、c, _not_used ldr pc, _irq ldr pc, _fiq 当发生异常时，执行 cpu/arm920t/interrupts.c中定义的中断处理函数 2.5.2.3 设置 CPU 的模式为 SVC 模式 mrs r0,cpsr bic r0,r0,#0x1f orr r0,r0,#0xd3 msr cpsr,r0 2.5.2.4 关闭看门狗，禁掉所有中断，设置 CPU 的频率 #if defined(CONFIG_S3C2400) | defined(CONFIG_S3C2410) ldr r0, =pWTCON mov r

46、1, #0x0 str r1, r0 /* * mask all IRQs by setting all bits in the INTMR - default */ mov r1, #0xffffffff ldr r0, =INTMSK str r1, r0 # if defined(CONFIG_S3C2410) ldr r1, =0x3ff ldr r0, =INTSUBMSK str r1, r0 # endif /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:2:4 */ /* default FCLK is 120 MHz ! */ ldr r0, =CLKDIVN mov r1, #

47、3 str r1, r0 #endif /* CONFIG_S3C2400 | CONFIG_S3C2410 */ 2.5.2.5 与内存管理相关寄存器的设置， cp15协处理器，配置内存区控制寄存器 cpu_init_crit: /* * flush v4 I/D caches */ mov r0, #0 mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0 /* 失效 I/D cache, 见 S3C2410手册附录的 2-16 */ mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 /* 失效 TLB, 见 S3C2410手册附录的 2-18 */ /* * d

48、isable MMU stuff and caches */ mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 bic r0, r0, #0x00002300 /* 清除 bits 13, 9:8 (-V- -RS) * Bit 8: Disable System Protection * Bit 7: Disable ROM Protection * Bit 13: 异常向量表基地址 : 0x0000 0000 */ bic r0, r0, #0x00000087 /* 清除 bits 7, 2:0 (B- -CAM) * Bit 0: MMU disabled * Bit 1: Alignment Fault checking disabled * Bit 2: Data cache disabled * Bit 7: 0 = Little-endian operation */ orr r0, r0, #0x00000002 set bit 2 (A) Align orr r0, r0, #0x00001000 set bit 12 (I) I-Cache mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 /* * before relocating, we ha

展开阅读全文