Linux kernel移植笔记

到内核官网下载最新版本的内核
https://www.kernel.org/

目前，下载的内核版本是 linux-3.4.2 
交叉编译版本：arm-linux-4.3.2
PC机系统：ubuntu 12.04 LTS
开发板：TQ2440

1.下载完内核后，进行解压
tar xvfj linux-3.4.2.tar.bz2 -C ./

进入内核目录：cd linux-3.4.2
查找内核的默认配置文件：find -iname "*defconfig"
内核的默认配置文件，都是在某个架构的目录下
./arch/arm/configs/s3c2410_defconfig
跟 2440 有关的两个配置文件：mini2440_defconfig 和 s3c2410_defconfig

因为之前的 u-boot 移植是使用 2410 作为模板，因此，内核配置选用 s3c2410_defconfig
如果使用 mini2440_defconfig ，则需要重新在 u-boot 里设置机器 ID 

修改内核顶层目录的 Makefile ，把编译器改为 arm-linux-gcc 
在内核目录下，执行 make s3c2410_defconfig,执行完后，会生成 .config
执行内核顶层目录下，执行 make uImage 编译内核
编译成功后，在 arch/arm/boot/目录下会生成 uImage 镜像，
复制到 /opt/work/other_board/kernel_projects/images 并重新命名为 uImage_new
使用以下命令下载和启动内核：
nfs 32000000 192.168.1.61:/opt/work/other_board/kernel_projects/images/uImage_new && bootm 32000000

内核启动后，出现乱码，寻找乱码原因（此时内核已经成功运行起来）

通过查看 u-boot 源码，得知 u-boot 传入的 machine-id 是 #define MACH_TYPE_SMDK2410     193
另外，我们可以从 u-boot 设置启动参数，传入 machine-id 给内核 ：set machid 193 

随便设置一个 machid ，重新启动，会提示 machid 不匹配的错误，并且列出内核支持的 mach-id

查看内核源码，在 mach-smdk2440.h文件的最后几行，有这样一个宏：

MACHINE_START(S3C2440, "SMDK2440")
    /* Maintainer: Ben Dooks <[email protected]> */
    .atag_offset	= 0x100,
    .init_irq	        = s3c24xx_init_irq,
    .map_io		= smdk2440_map_io,
    .init_machine	= smdk2440_machine_init,
    .timer		= &s3c24xx_timer,
    .restart	        = s3c244x_restart,
MACHINE_END

这个宏展开后，会有 MACH_TYPE_S3C2440 这样一个宏，这个宏在 arch\arm\tools\mach-types 中定义
这个宏会被转换为一个头文件 include/asm-arm/mach-types.h（此文件自动生成） 供其他文件包含，
在内核里面，查找 mach-types.h ，发现这个文件里，又包含了 #include <generated/mach-types.h>
打开 ./include/generated/mach-types.h 文件，里面包含了该内核支持的单板id

在 u-boot 里，分别设置机器 ID 为 16A（SMDK2440） 和 7CF（MINI2440） 
启动内核，均不能正确输出信息，出现乱码。
查看源码，在 mach-s3c24xx文件里，时钟初始化为 s3c24xx_init_clocks(16934400);
在 mach-mini2440文件里，时钟初始化为 s3c24xx_init_clocks(12000000);
因此，我们选择 machid 为 7CF ，因为 mini2440的时钟设置为 12MHz ，跟开发板一样

在 u-boot 命令行中 ，执行 print 打印出参数，发现没有设置波特率
设置波特率：set bootargs console=ttySAC0,115200 root=/dev/mtdblock3 ，并保存

重新启动内核，信息已经正确输出。

查看信息，发现内核无法挂载根文件系统。内核打印信息，其中有一段内容：
0x000000000000-0x000000004000 : "Boot Agent"
mtd: partition "Boot Agent" doesn't end on an erase block -- force read-only
0x000000000000-0x000000200000 : "S3C2410 flash partition 1"
0x000000400000-0x000000800000 : "S3C2410 flash partition 2"
0x000000800000-0x000000a00000 : "S3C2410 flash partition 3"
0x000000a00000-0x000000e00000 : "S3C2410 flash partition 4"
0x000000e00000-0x000001800000 : "S3C2410 flash partition 5"
0x000001800000-0x000003000000 : "S3C2410 flash partition 6"
0x000003000000-0x000010000000 : "S3C2410 flash partition 7"

修改内核分区信息，使其与u-boot分区一致（可以不一致，u-boot分区跟内核分区无关联）
在内核里，搜索 "Boot Agent" ， 执行 grep "\"Boot\ Agent\"" * -nR   ( 反斜杠表示转义的意思 )
发现分区信息在 arch/arm/mach-s3c24xx/common-smdk.c 文件里
在 u-boot 里执行 mtdparts 查看 u-boot 的分区信息：
#: name                size            offset          mask_flags
 0: u-boot              0x00040000      0x00000000      0
 1: params              0x00020000      0x00040000      0
 2: kernel              0x00200000      0x00060000      0
 3: rootfs              0x0fda0000      0x00260000      0
 
修改 arch/arm/mach-s3c24xx/common-smdk.c 文件，mtd_partition 改为以下内容 ：

static struct mtd_partition smdk_default_nand_part[] = {
        [0] = {
                .name	= "bootloader",       //分区名字
                .size	= SZ_256K,            //分区大小
                .offset	= 0,                //偏移起始地址
        },
        [1] = {
                .name	= "params",
                .offset = MTDPART_OFS_APPEND,    //MTDPART_OFS_APPEND 表示紧接着上一个分区
                .size	= SZ_128K,
        },
        [2] = {
                .name	= "kernel",
                .offset = MTDPART_OFS_APPEND,
                .size	= SZ_2M,
        },
        [3] = {
                .name	= "rootfs",
                .offset	= MTDPART_OFS_APPEND,
                .size	= MTDPART_SIZ_FULL,            //MTDPART_SIZ_FULL 表示剩余的所有空间
        },
};

分区信息修改完成后，烧写一个文件系统进去，看内核能不能正确挂载文件系统
执行以下命令：
nfs 30000000 192.168.1.61:/opt/work/other_board/kernel_projects/images/first_fs.yaffs2
nand erase.part rootfs
nand write 30000000 260000 862080     （30000000-内存地址，260000-rootfs分区起始地址，862080-文件大小16进制）

重新烧写内核，并启动，发现内核还不支持 yaffs2 文件系统

查看 .config ,发现内核可以支持 jffs2 文件系统
执行以下命令，烧写 jffs2 文件系统
nfs 30000000 192.168.1.61:/opt/work/other_board/kernel_projects/images/fs_mini_mdev.jffs2
nand erase.part rootfs
nand write 30000000 260000 $filesize
设置启动参数：set bootargs console=ttySAC0,115200 root=/dev/mtdblock3 rootfstype=jffs2

重新烧写内核，并启动，内核打印信息：VFS: Mounted root (jffs2 filesystem) on device 31:3.
说明文件系统已经被成功挂载，但是还不能用，因为 init 进程出现了问题，需要制作新的文件系统

使用 busybox 制作新的根文件系统
到 busybox 官网下载 busybox 源码 ：https://busybox.net/
使用的版本是 busybox 1.20.0
解压busybox： tar xvfj busybox 1.20.0.tar.bz2 -C ./

解压完成后，在 busybox 根目录下，执行 make menuconfig，进入配置界面
选择Busybox Settings ---> Busybox Library Tuning ---> [*] Tab completion ,增加 Tab 补全功能

不使用静态链接，Build Options ---> []Build BusyBox as a static binary(no share libs)

修改交叉编译前缀，Build Options ---> (arm-linux-) Cross Compiler prefix

其他选项保持默认配置，然后直接 make 编译

编译完成后，把 busybox 安装在 /opt/work/other_board/kernel_projects/root_fs 目录，执行以下指令：
make CONFIG_PREFIX=/opt/work/other_board/kernel_projects/root_fs install 

安装完成后，会在 /opt/work/other_board/kernel_projects/root_fs 目录下，生成以下文件和目录：
bin目录、linuxrc链接、sbin目录、usr目录

安装 glibc 库，交叉编译器目录下，一般都有 glibc 库 ：
进入交叉编译器目录，执行 find -iname "lib" 查找库文件，查找结果如下：
./lib
./arm-none-linux-gnueabi/lib
./arm-none-linux-gnueabi/libc/armv4t/lib
./arm-none-linux-gnueabi/libc/armv4t/usr/lib
./arm-none-linux-gnueabi/libc/lib
./arm-none-linux-gnueabi/libc/thumb2/lib
./arm-none-linux-gnueabi/libc/thumb2/usr/lib
./arm-none-linux-gnueabi/libc/usr/lib

使用的库文件是 
./arm-none-linux-gnueabi/libc/armv4t/lib
./arm-none-linux-gnueabi/libc/armv4t/usr/lib

建立两个目录： 
mkdir /opt/work/other_board/kernel_projects/root_fs/lib
mkdir -p /opt/work/other_board/kernel_projects/root_fs/usr/lib

执行以下命令，复制 glibc 库到根文件系统的 lib 目录：
cp ./arm-none-linux-gnueabi/libc/armv4t/lib/*so*   /opt/work/other_board/kernel_projects/root_fs/lib   -d 
cp ./arm-none-linux-gnueabi/libc/armv4t/usr/lib/*so*   /opt/work/other_board/kernel_projects/root_fs/usr/lib   -d
-d 参数表示，保持库文件的链接属性，不加 -d 的话，会导致复制的库文件很庞大

构建 etc 目录，etc 目录包含 ：
fstab文件 ，该文件列出了需要挂载的文件系统
init.d目录，里面有 rcS脚本 ，该脚本的 mount -a 会执行 fstab 文件
inittab 文件，该文件是 init 进程执行的第一个文件，第一句话是执行 init.d/rcS 脚本

构建 dev 目录，执行 mkdir dev
在 dev 目录下，构建两个设备节点：
mknod console c 5 1
mknod null c 1 3

构建其他空目录：mkdir proc tmp sys mnt root

到此，最小根文件系统制作完成

使用工具制作 .jffs2 文件系统，执行以下命令：
mkfs.jffs2 -n -s 2048 -e 128KiB -d /opt/work/other_board/kernel_projects/root_fs -o root_fs.jffs2
-n 表示不需要 cleanmaker 节点，-s 表示一个扇区大小，-e 表示一个擦除块的大小，-d 表示制作的目录 -o 表示输出的镜像名

制作完成后，烧写 内核 和 文件系统 到开发板
set bootargs console=ttySAC0,115200 root=/dev/mtdblock3 rootfstype=jffs2

nfs 30000000 192.168.1.61:/opt/work/other_board/kernel_projects/images/root_fs.jffs2
nand erase.part rootfs
nand write 30000000 260000 $filesize

nfs 32000000 192.168.1.61:/opt/work/other_board/kernel_projects/images/uImage_new && bootm 32000000

启动内核后，发现 jffs2 文件系统已经挂载成功，但提示不能加载 init 进程，
内核打印信息提示：Kernel panic - not syncing: Attempted to kill init! exitcode=0x00000004

在内核源码中搜索 “Attempted to kill init”，跟踪源码，
发现exitcode为   #define    SIGILL 4

上网搜索内核打印信息“Kernel panic - not syncing: Attempted to kill init! exitcode=0x00000004”
发现需要配置内核支持 EABI （嵌入式应用二进制接口），重新配置内核支持 EABI 并编译
Kernel Features --> Use the ARM EABI to compile the kernel

重新下载 内核 和 文件系统 到开发板，并启动：
set bootargs console=ttySAC0,115200 root=/dev/mtdblock3 rootfstype=jffs2
nfs 30000000 192.168.1.61:/opt/work/other_board/kernel_projects/images/root_fs.jffs2
nand erase.part rootfs
nand write 30000000 260000 $filesize
nfs 32000000 192.168.1.61:/opt/work/other_board/kernel_projects/images/uImage_eabi && bootm 32000000

至此，内核启动成功，文件系统挂载成功

添加yaffs2文件系统
linux-3.4.2里，没有添加对yaffs2的支持，需要移植yaffs2到内核
yaffs2源码从以下网址获得：http://www.yaffs.net/download-yaffs-using-git
使用 git 工具获得yaffs2源码：git clone git://www.aleph1.co.uk/yaffs2  （如PC没有 git 工具，则需要安装）

下载完成后，进入 yaffs2 目录，查看 README-linux ，里面有 yaffs2 的安装方法：
Integrating YAFFS2 into a Linux 2.6.x kernel
--------------------------------------------
We'll start by assuming you have a building linux 2.6.x source tree called
linux-dir and have the
yaffs2 source code in a directory calls yaffs-dir.
yaffs-dir has a handy shell script called patch-ker.sh will painlessly do all the patching
for you.
patch-ker.sh takes three parameters:
c/l copy or link: c will copy yaffs files into the kernel tree, l will
create symbolic links.
m/s multi-version or single version vfs glue layer. Suggest you use m.
linux-tree
eg.

cd yaffs-dir
./patch-ker.sh  c m linux-tree

执行以下指令给内核打上 yaffs2 的补丁
cd yaffs2
./patch-ker.sh  c m /opt/work/other_board/kernel_projects/linux-3.4.2

补丁打完后，在 fs/yaffs2/ 目录下会有 yaffs2 源码

执行 make menuconfig 重新配置内核使其支持 yaffs2 
-> File systems                                                                                                                   │  
-> Miscellaneous filesystems (MISC_FILESYSTEMS [=y])                                                                            │  
-> yaffs2 file system support (YAFFS_FS [=n]) 

制作 yaffs2 文件系统映像：mkyaffs2image /opt/work/other_board/kernel_projects/root_fs   root_fs.yaffs2

重新编译内核，编译成功后，重新烧写到开发板
set bootargs console=ttySAC0,115200 root=/dev/mtdblock3
nfs 30000000 192.168.1.61:/opt/work/other_board/kernel_projects/images/root_fs.yaffs2
nand erase.part rootfs
nand write.yaffs 30000000 260000 $filesize
nfs 32000000 192.168.1.61:/opt/work/other_board/kernel_projects/images/uImage_yaffs2 && bootm 32000000
烧写完成，启动，发现 yaffs2 文件系统挂载成功，但不能启动，使用替代法解决

发现问题出现在 u-boot 源码里，对yaffs烧写的那部分：
在 cmd_nand.c --> do_nand() --> nand_write_skip_bad() 函数里，

need_skip = check_skip_len(nand, offset, *length);   //检查nandflash 里有多少坏块
 ......
 ......
if (!need_skip && !(flags & WITH_DROP_FFS)) {               //如果没有坏块（need_skip == 0）&& （flags ！= WITH_DROP_FFS）
                rval = nand_write (nand, offset, length, buffer);       //就会执行以下的烧写
                if (rval == 0)
                    return 0;
                *length = 0;
                printf ("NAND write to offset %llx failed %d\n",offset, rval);
                return rval;
}

但对于 yaffs2 ，真正的烧写是在：

if (flags & WITH_YAFFS_OOB) {
        int page, pages;
        size_t pagesize = nand->writesize;
        size_t pagesize_oob = pagesize + nand->oobsize;
        struct mtd_oob_ops ops;

        ops.len = pagesize;
        ops.ooblen = nand->oobsize;
        ops.mode = MTD_OOB_RAW;
        ops.ooboffs = 0;

        pages = write_size / pagesize_oob;
        for (page = 0; page < pages; page++) {
             WATCHDOG_RESET();
             ops.datbuf = p_buffer;
             ops.oobbuf = ops.datbuf + pagesize;
             rval = nand->write_oob(nand, offset, &ops);
             if (rval)break;
             offset += pagesize;
             p_buffer += pagesize_oob;
        }
}

因此，需要修改以上的代码，修改后为：

if (!need_skip && !(flags & WITH_DROP_FFS) && !(flags & WITH_YAFFS_OOB)) {
        rval = nand_write (nand, offset, length, buffer);
        if (rval == 0)
        return 0;
        *length = 0;
        printf ("NAND write to offset %llx failed %d\n",offset, rval);
        return rval;
}

修改完成后，重新烧写 u-boot ，执行以下指令：
usb 1 30000000
nand erase 0 80000
nand write 30000000 0 80000

重新烧写内核和文件系统，成功挂载并运行 yaffs 文件系统

裁剪内核并制作补丁
进入 make menuconfig 去掉一些不需要用到的配置项，比如：
去掉一些无关的单板：
-> System Type                                                                                                                    │  
-> SAMSUNG S3C24XX SoCs Support 
去掉一些无关的文件系统：如 ext2、ext3、ext4 等。。。

重新编译内核，执行 make uImage

制作内核补丁：
cp .config config_ok
make distclean
mv -f linux-3.4.2 linux3.4.2_ok
tar xvfj linux-3.4.2.tar.bz2
diff -urN linux-3.4.2 linux-3.4.2_ok > linux-3.4.2_ok.patch

至此，内核移植完成。