ARM-Linux开发步骤

拿到一块YC2440（s3c2440）的开发板，经过几天的学习，我对arm-linux系统开发步骤有了一些认识。就以开发这个开发板为例，arm-linux开发工作大概分4个部分

1.       硬件(hardware)

2.       引导加载器(bootloader)

3.       内核(kernel)

4.       文件系统(file system)

 

硬件

我并不是硬件工程师，但我知道硬件的设计基本上是从性能，结构，可靠性等方面的需求方面来考虑。比如串口调试很常用，那么硬件就需要设计串口。在比如硬件需要接LCD，就必须提供LCD接口。

bootloader

bootloader是什么？

bootloader是一个引导程序，它最主要的功能是加载内核，所谓加载内核就是让内核代码常驻内存，并且得到执行。

 

bootloader因为什么而存在？

每一种CPU都有自己的启动方式

a)       CPU上电后从某个地址开始取指令运行，这样的指令往往是已经固化的，因为RAM刚上电时，里面的内容是没有意义的，很多单片机是这样方式。可以说这根本不是boot

b)      CPU上电后从ROM读代码到RAM，然后跳到RAM里开始执行，这种方式的CPU一般会拷贝固定长度的二进制代码到RAM，因为它不知道有效代码有长，只有一个固定的长度拷贝完成后，CPU才知道拷贝工作完成，以便从RAM执行。这就是boot

c)       方式二只能拷贝固定长度的代码到RAM运行，为了拷贝更多的代码到RAM运行，方式二就做了改进，首先进入RAM的代码不是一个功能固件，而是另一个功能代码的加载器(loader)，这就是bootloader了

 

arm的bootloader

arm会拷贝4K长度的代码运行。显然arm不是为4K的固件设计的。拷贝代码到RAM并不需要很多指令，因为ARM对RAM的管理需要一个MMU控制器（可以让CPU访问更多的RAM或许）而这个控制器需要配置相关寄存器，所以代码可能要多一点，另外可能还有许多别的功能，所以代码可能会更多。当然都不超过4K时都没问题，但往往还是要过4K的。所以真正arm-linux的bootloader一般有两步骤：

a)       拷贝4K代码到RAM，开始执行

b)      拷贝另一段代码到RAM并初始化一些必须的硬件设置，开始执行

 

u-boot

 

u-boot是一种很流行的bootloader，除了加载内核，它还提供了许多其他功能。基本上u-boot是一个精简的linux，它提供人机交换的，一般现在linux开发都采用串口方式使用u-boot。

关于u-boot的说明有很多，我简单说明一下

a)       u-boot可以被打断，通过串口向u-boot输入命令后，u-boot中断，可以执行各种命令，这些命令有专门的手册可以查询。串口其实就是u-boot的一个远程终端。

b)      u-boot可以设置网络，通过tftp服务，u-boot可以下载代码到RAM然后执行，也可以烧写到flash

c)       u-boot之所以有这么多功能是因为里面集成了许多驱动，如果要让u-boot有更多的功能可以在u-boot源代码里添加，如果要用硬件就需要添加驱动。

d)      如果要修改u-boot需要。。编译。。。。。。。。。。。。

 

内核

Linux内核部分是工作量比较多的部分

1.         交叉编译

2.         BSP

3.         Kconfig以及内核裁减

4.         镜像制作和烧写

交叉编译

关于交叉编译，网络上有很多文章。以ubuntu 8.10说明一下：

a)         下载编译器，比如arm-linux-gcc 3.4.1

b)        sudo tar vxjf arm-linux-gcc 3.4.1.bz2 –C /

c)         命令行编译需要设置环境变量

sudo gedit /etc/bash.bashrc

在文件最后添加 export PATH=$PATH:/usr/local/arm/3.4.1/bin

重新登录

d)        arm-linux-gcc –v 查看版本便知道交叉编译器是否安装成功

 

BSP

Linux的BSP其实就是外设驱动集合。比如扩了一个串口，需要编写设备驱动。关于设备驱动编写是一个很大的话题，我想这是另外需要一本书的《Linux Device Driver.3^rd Edition》。看不懂可以看看参考http://www.deansys.com/doc/ldd3/index.html。

 

Kconfig以及内核裁减

Kconfig是用于定制内核的，有了交叉环境、BSP以及内核源码后，就可以做Kconfig.源码包的Makefile需要从.config得到信息以便把需要的东西编译到内核，不需要的东西不放进来，这样的内核是最精简有效的。问题是这些信息是庞大的，正如管理一个大的工程用Makefile一样，管理一个越来越复杂的内核用Kconfig。

 

以下引用自互联网

Kconfig文档的作用

内核源码树的目录下都有两个文档Kconfig（2.4版本是Config.in）和Makefile。分布到各目录的Kconfig构成了一个分布式的内核配置数据库，每个Kconfig分别描述了所属目录源文档相关的内核配置菜单。在内核配置make menuconfig(或xconfig等)时，从Kconfig中读出菜单，用户选择后保存到.config的内核配置文档中。在内核编译时，主Makefile调用这个.config，就知道了用户的选择。

*上面的内容说明了，Kconfig就是对应着内核的配置菜单。假如要想添加新的驱动到内核的源码中，能够修改Kconfig,这样就能够选择这个驱动，假如想使这个驱动被编译，要修改Makefile

so添加新的驱动时需要修改的文档有两种（注意不只是两个）

*Kconfig

*Makefile

要想知道怎么修改这两种文档，就要知道两种文档的语法结构

Kconfig

每个菜单都有一个关键字标识，最常见的就是config

语法：

config

symbol是个新的标记的菜单项，options是在这个新的菜单项下的属性和选项

其中options部分有：

1、类型定义：

每个config菜单项都要有类型定义，bool布尔类型、 tristate三态：内建、模块、移除 string字符串、 hex十六进制、 integer整型

例如config HELLO_MODULE

bool "hello test module"

bool类型的只能选中或不选中，tristate类型的菜单项多了编译成内核模块的选项，假如选择编译成内核模块，则会在.config中生成一个CONFIG_HELLO_MODULE=m的配置，假如选择内建，就是直接编译成内核影响，就会在.config中生成一个CONFIG_HELLO_MODULE=y的配置.

2、依赖型定义depends on或requires

指此菜单的出现和否依赖于另一个定义

config HELLO_MODULE

bool "hello test module"

depends on ARCH_PXA

这个例子表明HELLO_MODULE这个菜单项只对XScale处理器有效。

3、帮助性定义

只是增加帮助用关键字help或---help---

内核的Makefile

 

在linux2.6.x/Documentation/kbuild目录下有周详的介绍有关kernel makefile的知识。

内核的Makefile分为5个组成部分：

Makefile     最顶层的Makefile

.config        内核的当前配置文档，编译时成为定层Makefile的一部分

arch/$(ARCH)/Makefile    和体系结构相关的Makefile

s/ Makefile.*      一些Makefile的通用规则

kbuild Makefile           各级目录下的大概约500个文档，编译时根据上层Makefile传下来的宏定义和其他编译规则，将源代码编译成模块或编入内核

顶层的Makefile文档读取 .config文档的内容，并总体上负责build内核和模块。Arch Makefile则提供补充体系结构相关的信息。 s目录下的Makefile文档包含了任何用来根据kbuild Makefile 构建内核所需的定义和规则。

（其中.config的内容是在make menuconfig的时候，通过Kconfig文档配置的结果。

举个例子：

   假设想把自己写的一个flash的驱动程式加载到工程中，而且能够通过menuconfig配置内核时选择该驱动该怎么办呢？能够分三步：

 第一：将您写的flashtest.c 文档添加到/driver/mtd/maps/ 目录下。

 第二：修改/driver/mtd/maps目录下的kconfig文档：

        config MTD_flashtest

             tristate “ap71 flash"

         这样当make menuconfig时 ，将会出现 ap71 flash选项。

第三：修改该目录下makefile文档。

ü       添加如下内容：obj-$(CONFIG_MTD_flashtest)       += flashtest.o

这样，当您运行make menucofnig时，您将发现ap71 flash选项，假如您选择了此项。该选择就会保存在.config文档中。当您编译内核时，将会读取.config文档，当发现ap71 flash 选项为yes 时，系统在调用/driver/mtd/maps/下的makefile 时，将会把 flashtest.o 加入到内核中。即可达到您的目的

 

 

make menuconfig后这个蓝色的终端里，有许多复杂的配置，根据需要配置好后保存就可以了。

 

ubuntu 8.10出现make menuconfig失败，一堆错误，这个需要

sudo apt-get install libncurses5-dev

 

镜像制作和烧写

内核镜像是被bootloader加载的，比如u-boot可以把内核镜像加载到RAM并执行。制作u-boot可加载的镜像需要使用mkimage工具，所以

sudo cp ~/tools/mkimage /usr/bin

make uImage

需要注意的是如果mkimage权限不对make uImage是会出错的，可以设置一下权限

sudo chmod 777 /usr/bin/mkimage

如果一切成功那么在linux-xxxx/arch/arm/boot下就有uImage文件了。

如果要更清楚里面的细节，需要对mkimage做进一步了解。

烧写的工作还是交给u-boot吧，大概工作是这样的：

a)         中断u-boot

b)        需要一个tftp服务器，比如Windows XP下安装tftpwin就可以了

c)         调用u-boot命令启动下载烧写

 

文件系统

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待续