第7章 基于Linux的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)實例

1、1http:/第第7 7章章 基于基于LinuxLinux的嵌入式系的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)實例統(tǒng)開發(fā)實例 n主講：本章內(nèi)容n嵌入式多媒體播放系統(tǒng)1、開發(fā)環(huán)境的搭建2、Boot Loader移植3、嵌入式Linux內(nèi)核移植4、根文件系統(tǒng)移植5、應(yīng)用程序開發(fā)nPXA系列典型嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的搭建nPXA255系統(tǒng)開發(fā)平臺介紹宿主機-目標機開發(fā)模式n搭建開發(fā)環(huán)境安裝Linux操作系統(tǒng)安裝xinetd安裝BOOTP安裝TFTP服務(wù)器n交叉編譯環(huán)境的搭建PXA255系統(tǒng)開發(fā)平臺介紹項目描述項目描述處理器PXA255USB Host2SlotSDRAMSamsung 2片64MBUSB Slave1SlotF

2、lashINTEL E28F128 2片32MBPCMCIA1Slot以太網(wǎng)卡CS8900A 10BaseT實時時鐘Real-time clock RTC4513聲卡AC97 Stereo audio紅外HDSL3600顯示屏LG TFT LCD 6.4英寸(640X480)CF1SlotJTAG20針界面串口9針宿主機-目標機開發(fā)模式安裝Linux操作系統(tǒng)nFedora 7BOOTP簡介nBOOTP服務(wù)的全稱是Bootstrap Protocol，是一種比較早出現(xiàn)的遠程啟動的協(xié)議，我們經(jīng)常用到的DHCP服務(wù)就是從BOOTP服務(wù)擴展而來的。nBOOTP協(xié)議使用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的UDP 6

3、7/68兩個通訊端口。nBOOTP主要是用于無磁盤的客戶機從服務(wù)器得到自己的IP地址、服務(wù)器的IP地址、啟動映象文件名、網(wǎng)關(guān)IP等等。 TFTP簡介nTFTP可以看成一個簡化了的FTP，主要的區(qū)別是沒有用戶權(quán)限管理的功能，也就是說TFTP不需要認證客戶端的權(quán)限，這樣遠程啟動的客戶機在啟動一個完整的操作系統(tǒng)之前就可以通過TFTP下載啟動映象檔，而不需要證明自己是合法的用戶。 nTFTP在安裝時一定要設(shè)立一個單獨的目錄作為TFTP服務(wù)的根目錄，以減少安全隱患xinetd簡介n為了使用BOOTP和TFTP協(xié)議，首先要在宿主機上安裝xinetd。nxinetd是被動式的超級服務(wù)，也就是服務(wù)程序是被ft

4、p, telnetd, pop3,imap, auth等應(yīng)用程序所啟動，平時則無須啟動。 安裝xinetdn進行安裝之前，首先用rpm命令查詢xinetd rpm包的安裝信息：n如果沒有安裝xinetd，可以從Linux安裝包中取得xinetd rpm包，并運行rpm命令進行安裝：n最后啟動xinetd，正常情況下，系統(tǒng)會顯示服務(wù)啟動信息：armlocalhost root# rpm qa | grep xinetdarmlocalhost root# rpm Uvh xinetd-pre15-2.i386.rpmarmlocalhost root# etc/rc.d/init.

5、d/xinetd start安裝BOOTPn先用rpm命令檢查是否已經(jīng)安裝BOOTP rpm包，如果沒有則參照xinetd rmp包的安裝方法進行安裝。n安裝完畢之后會生成/usr/sbin/bootpd文件，這個文件運行時會激發(fā)守護進程xinetd運行，需要創(chuàng)建/etc/xinetd.d/bootp文件并進行如下設(shè)置： armlocalhost root# cd /etc/xinetd.darmlocalhost xinetd.d# vi bootpService bootpsdisable = nosocket_type = dgramprotocol = udpwait = yesuse

6、r = rootserver = /usr/sbin/bootpd配置bootptab 在目標板上發(fā)送BOOTP請求時，宿主機上安裝的BOOTP服務(wù)器（bootpd）根據(jù)/etc/bootptab中定義的目標機信息來生成BOOTP響應(yīng)包以作應(yīng)答。所以為了使用BOOTP，需事先在/etc/bootptab中輸入目標機的Mac地址和分配的IP等信息，如下圖：字段ht表示Hardware Type，因為使用10Mb Ethernet，所以設(shè)置為1（Ethernet）；ha表示Hardware Address，是發(fā)送bootp請求的目標機的Mac地址；ip表示分配給目標機的IP地址；sm表示Subne

7、t Mask，應(yīng)與宿主機相同。 armlocalhost xinetd.d# vi /etc/bootptabtest:ht = 1:ha = 0 x151436188A11:ip = 95:sm = 安裝TFTP服務(wù)器n首先應(yīng)確認宿主機上是否正確安裝了TFTP rpm包。安裝以后，會生成/etc/xinetd.d/tftp文件。如同BOOTP一樣，TFTP也將激發(fā)守護進程xinetd的執(zhí)行，需要對/etc/xinetd.d/tftp檔進行如右所示修改：n為了操作方便，通常需要在根目錄下建立一個/tftpboot目錄，并將server_args設(shè)

8、置為該目錄（當然也可以自行設(shè)定其他目錄）。 Service tftpdisable = nosocket_type = dgramprotocol = udpwait = yesuser = rootserver = /usr/sbin/in.tftpdserver_args = -s /tftpboot搭建交叉編譯環(huán)境n交叉編譯就是在一個架構(gòu)下編譯另一個架構(gòu)的目標文件n采用何種交叉編譯器產(chǎn)生何種格式的目標文件還要取決于目標機的操作系統(tǒng)。nLinux應(yīng)用程序編譯時，需要交叉編譯Gcc，而Gcc最終輸出的是匯編語言源程序。想要進一步編譯成我們所需要的機器代碼，需要引入一些新的工具，比如，匯編程序

9、等。Binutils工具集提供了一些這樣的工具。另外，對C語言而言，需要有相應(yīng)的函數(shù)庫支持C語言源程序的編譯。而在Linux中應(yīng)用最多的就是glibc 。GCC、Binutils和glibcngcc是Linux中最重要的軟件開發(fā)工具，是一組編譯工具的總稱。它是GNUC和C+的編譯程序。gcc編譯程序能將C、C+語言源程序、匯編程序化序和目標程序編譯、連接成可執(zhí)行文件，如果沒有給出可執(zhí)行文件的名字，gcc將生成一個名為a.out的文件。nBinutils是一套用來構(gòu)造和使用二進制的工具集，其中兩個最為關(guān)鍵的binutils是GNU鏈接器ld和GNU匯編程序as，這兩個工具是GNU工具鏈中的兩個完

10、整部分，通常是由Gcc前端進行驅(qū)動的。nglibc是提供系統(tǒng)調(diào)用和基本函數(shù)的 C 庫，比如open, malloc, printf等等。所有動態(tài)連接的程序都要共享它（除了kernel、bootload、和其它完全不用C庫的功能代碼），因此glibc的存在有利益小系統(tǒng)或嵌入系統(tǒng)縮減系統(tǒng)總代碼尺寸與存放空間。 實驗n內(nèi)容：編譯安裝交叉編譯器n相關(guān)源碼：binutils-2.19.tar.bz2 gcc-2.95.3.gz glibc -2.3.2.gz glibc-Linuxthreads-2.3.2.tar.gz Linux-2.6.10.gz patch-2.6.10-bk4.bz2Boot

11、Loader移植nBoot Loader功能nBoot Loader啟動流程n常見的幾種Boot LoadernU-Boot分析與移植U-Boot啟動代碼分析U-Boot移植過程U-Boot的燒寫n仿真器與JTAGBoot Loader功能nBoot Loader是系統(tǒng)加電后運行的第一段軟件代碼。通過這段代碼，我們可以初始化硬設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映像圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準備好正確的環(huán)境。 Boot Loader啟動流程n操作系統(tǒng)的角度看，Boot Loader的總目標就是正確地調(diào)用內(nèi)核來執(zhí)行 n大多數(shù)Boot Loader都分為階段1和階段2

12、兩大部分 階段1實現(xiàn)依賴于CPU體系結(jié)構(gòu)的代碼 階段2實現(xiàn)一些復雜的功能 Boot Loader的第一階段nBoot Loader的階段1通常用匯編語言編寫，主要包括以下步驟：a. 硬件設(shè)備初始化。b. 為加載 Boot Loader 的 階段2 準備 RAM 空間。 c. 拷貝 Boot Loader 的 階段2 到 RAM 空間中。 d. 設(shè)置好堆棧。 e. 跳轉(zhuǎn)到 階段2 的 C 入口點。 Boot Loader的第二階段nBoot Loader的階段2通常由C語言編寫，主要包括以下步驟：a. 初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備。b. 檢測系統(tǒng)內(nèi)存映射(memory map)。 c. 將 k

13、ernel 映像和根文件系統(tǒng)映像從 flash 上讀到 RAM 空間中。 d. 為內(nèi)核設(shè)置啟動參數(shù)。e. 跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核入口地址常見的Boot LoadernBLOB：最后版本為blob-2.0.5nArmboot：http:/ nRedboot：http:/ nBios-lt：http:/ U-BOOT源代碼結(jié)構(gòu)：board：一些已有開發(fā)板相關(guān)的文件 common：與體系結(jié)構(gòu)無關(guān)的文件，實現(xiàn)各種命令的C文件 cpu：CPU相關(guān)文件 disk：disk驅(qū)動的分區(qū)處理代碼doc：說明文檔 drivers：通用設(shè)備驅(qū)動程序 fs:支持文件系統(tǒng)的文件 net：與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的代碼 lib_arm：與ARM體

14、系結(jié)構(gòu)相關(guān)的代碼tools：創(chuàng)建S-Record格式文件 和U-BOOT images的工具Include：頭文件和開發(fā)板配置文件，所有開發(fā)板的配置文件都在configs目錄下tools：存放制作S-Record或者U-Boot格式的映射等工具，例如mkimage U-Boot啟動代碼分析系統(tǒng)啟動后進入_start位置，這里是ARM異常向量表，發(fā)生異常情況時從這里跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的位置。上電的第一條指令是跳轉(zhuǎn)到reset復位處理程序： .globl _start_start: b resetldr pc, _undefined_instructionldr pc, _software_interru

15、ptldr pc, _prefetch_abortldr pc, _data_abortldr pc, _not_usedldr pc, _irqldr pc, _fiqreset:/* 進入SVC模式 */#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INITbl cpu_init_crit /* we do sys-critical inits */#endif#ifndef CONFIG_SKIP_RELOCATE_UBOOTrelocate:.cpu_init_crit函數(shù)cpu_init_crit:/* 屏蔽所有中斷 */* 設(shè)置時鐘源，關(guān)閉除FFUART,SRAM,SD

16、RAM,FLASH以外的外設(shè)時鐘 */.#ifdef CFG_CPUSPEEDldr r0, CC_BASE /* 時鐘控制寄存器基址 */ldr r1, cpuspeed /* cpuspeed: .word CFG_CPUSPEED */str r1, r0, #CCCRmov r0, #2mcr p14, 0, r0, c6, c0, 0setspeed_done:#endif /* CFG_CPUSPEED */* 跳轉(zhuǎn)到lowlevel_init，這里ip即r12，用作暫存寄存器 */mov ip, lrbl lowlevel_initmov lr, ip/* Memory inte

17、rfaces are working. Disable MMU and enable I-cache. */ldr r0, =0 x2001 ./* 關(guān)閉MMU，使能I-Cache(可選) */mov pc, lr /* 這里是從cpu_init_crit返回到relocate標號 */relocate函數(shù)relocate: /* relocate U-Boot to RAM */adr r0, _start /* r0 - current position of code */ldr r1, _TEXT_BASE /* test if we run from flash or RAM */c

18、mp r0, r1 /* dont reloc during debug */beq stack_setupldr r2, _armboot_start /* 讀入_start到r2 */ldr r3, _bss_start /* 讀入_bss_start到r3 */sub r2, r3, r2 /* r2 - size of armboot */add r2, r0, r2 /* r2 Default kernel command string: noinitrd root=/dev/mtdblock2 init=/Linuxrc console=ttyS0,115200 修改Linuxrc

19、文件權(quán)限： 配置內(nèi)核時，指定命令行參數(shù)如下： 編輯Linuxrc文件：Busybox介紹n很多標準 Linux 工具都可以共享很多共同的元素。當這些工具被合并到一個可執(zhí)行程序中時，它們就可以共享這些相同的元素，這樣可以產(chǎn)生更小的可執(zhí)行程序。 nBusyBox 可以將大約 3.6MB 的工具包裝成大約 200KB 大小。 配置Busyboxarmlocalhost busybox-1.1.3$ make menuconfig Busybox Settings - General Configuration - * Support for devfs Build Options - * Build

20、 BusyBox as a static binary (no shared libs) /* 將busybox 編譯為靜態(tài)連接，少了啟動時找動態(tài)庫的麻煩 */ * Do you want to build BusyBox with a Cross Compiler? (/usr/local/arm/3.3.2/bin/arm-Linux-) Cross Compiler prefix /* 指定交叉編譯工具路徑 */ Init Utilities - * init * Support reading an inittab file /* 支持init 讀取/etc/inittab 配置文件，

21、一定要選上 */ Shells - Choose your default shell (ash) - * ash/* (X) ash 選中ash ，這樣生成的時候才會生成bin/sh 文件 * 看看我們前頭的Linuxrc 腳本的頭一句： * #!/bin/sh 是由bin/sh 來解釋執(zhí)行的 */ 從http:/ - * cp * cat * ls * mkdir * echo (basic SuSv3 version taking no options) * env * mv * pwd * rm * touch Editors - * vi Linux System Utilities

22、 - * mount * umount * Support loopback mounts * Support for the old /etc/mtab file Networking Utilities - * inetd armlocalhost busybox-1.1.3$ make TARGET_ARCH=arm CROSS=arm-Linux- PREFIX=/home/arm/dev_home/rootfs/my_rootfs/ all install 編譯并安裝 Busybox：TinyLogin介紹nTinyLogin 是一套 tiny UNIX 實用程序，它用于登錄嵌入式系

23、統(tǒng)、接受其驗證身份、為其修改密碼，并 能維護其用戶和用戶組。 nTinyLogin 非常小，對嵌入式系統(tǒng)上的 BusyBox 是極好的補充。TinyLogin移植n從網(wǎng)站http:/ 下載tinylogin-1.4 到/tmp目錄當中n修改tinyLogin 的Makefile：n編譯并安裝armlocalhost tinylogin-1.4$ vi Makefile 修改記錄如下： 指明靜態(tài)編譯，不連接動態(tài)庫 DOSTATIC = true 指明tinyLogin 使用自己的算法來處理用戶密碼 USE_SYSTEM_PWD_GRP = false USE_SYSTEM_SHADOW = fa

24、lse rootlocalhost tinylogin-1.4# make CROSS=arm-Linux- PREFIX=/home/arm/dev_home /rootfs/my_rootfs all install 根文件系統(tǒng)相關(guān)配置文件 npasswdnshadowngroupnprofilenfstabcramfs壓縮包ncramfs是一個壓縮式的文件系統(tǒng)，它并不需要一次性地將文件系統(tǒng)中的所有內(nèi)容都解壓縮到內(nèi)存之中，而只是在系統(tǒng)需要訪問某個位置的數(shù)據(jù)的時侯，馬上計算出該數(shù)據(jù)在cramfs中的位置，將其實時地解壓縮到內(nèi)存之中，然后通過對內(nèi)存的訪問來獲取文件系統(tǒng)中需要讀取的數(shù)據(jù)。n從網(wǎng)站

25、http:/prdownloads. cramfs包：armlocalhost $mkcramfs my_rootfs my_rootfs.cramfs 燒寫根文件系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)nLCD驅(qū)動移植nCF卡驅(qū)動移植nUSB主控接口驅(qū)動移植n應(yīng)用程序開發(fā)實例安裝圖形化開發(fā)工具應(yīng)用程序的實現(xiàn)多媒體播放系統(tǒng)nLinux啟動成功之后，我們就可以進行嵌入式應(yīng)用程序開發(fā)了。本實例我們要開發(fā)的是一個嵌入式多媒體播放系統(tǒng)。系統(tǒng)通過USB接口或CF卡接口讀取視頻數(shù)據(jù)，通過視頻譯碼，在LCD屏上顯示，實現(xiàn)一個多媒體播放功能n由于應(yīng)用中需要使用LCD和USB、CF卡接口，所以必須先安裝這幾個部分的驅(qū)動。 LCD驅(qū)動n

26、本實驗中所采用的PXA255開發(fā)板使用的LCD屏幕是640 x480像素的TFT顯示屏， Linux內(nèi)核已經(jīng)提供了PXA LCD驅(qū)動，只需在內(nèi)核配置菜單的device drivers-graphic support中選擇PXA FRAMEBUFFER SOPPORT來支持PXA的LCD即可。n然后需要在xhyper255.c中定義lcd的工作模式static struct pxafb_mach_info xhyper255_pxafb_mach_info = .num_modes = 1, .modes = &xhyper255_pxafb_mode_info, .lccr0 = LCD_LC

27、CR0, .lccr3 = LCD_LCCR3, .pxafb_lcd_power = &xhyper255_lcd_power, .pxafb_backlight_power = &xhyper255_pxafb_backlight_on;CF卡驅(qū)動n在Linux系統(tǒng)下，由于CF卡與PCMCIA設(shè)備控制器兼容，通常把CF卡當作PC Card設(shè)備進行驅(qū)動和管理。PCMCIA的插槽驅(qū)動和PC卡驅(qū)動與硬件直接相關(guān)，是驅(qū)動移植中需要重新實現(xiàn)的部分。CF存儲卡的驅(qū)動可以直接使用標準的ATA/IDE設(shè)備驅(qū)動ide-cs模塊，因此在CSB226平臺上驅(qū)動CF存儲卡，只需要編寫PCMCIA控制器的驅(qū)動。nC

28、F卡驅(qū)動移植的主要工作就是實現(xiàn)pcmcia_low_level結(jié)構(gòu)體中底層平臺相關(guān)的5個接口函數(shù)。 struct pcmcia_low_level int (*init)(struct pcmcia_init *);/主要完成三個工作：執(zhí)行平臺相關(guān)的初始化任務(wù)；設(shè)置所需要中斷信號的方向和邊緣觸發(fā)方式；注冊設(shè)備發(fā)現(xiàn)中斷與對應(yīng)的中斷處理函數(shù)。int (*shutdown)(void);/在卸載驅(qū)動時使用，用來釋放所申請的資源。 int (*socket_state)(struct pcmcia_state_array *);/設(shè)置插槽的初始化狀態(tài)信息，完成對輸入?yún)?shù)所包含的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)struct p

29、cmcia_state賦值，需要根據(jù)實際插槽的狀態(tài)信息正確設(shè)置此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 int (*get_irq_info)(struct pcmcia_irq_info *);/用來獲得每個插槽接口設(shè)備上的Ready中斷信號。 int (*configure_socket)(unsigned int, socket_state_t *);/由上層驅(qū)動調(diào)用，用來動態(tài)改變插槽的狀態(tài)，比如工作電壓VCC、可程序設(shè)計電壓VPP等。 ;USB主控接口驅(qū)動n在 Linux kernel 源碼目錄driver/usb/usb-skeleton中，為我們提供了一個最基礎(chǔ)的 USB 設(shè)備驅(qū)動程序，我們稱為 USB框架。通過它我們僅需要修改極少的部分，就可以完成一個 USB 設(shè)備的驅(qū)動。nLinux USB 驅(qū)動程序需要做的第一件事情就是在 Linux USB 子系統(tǒng)里注冊，并提供一些相關(guān)信息。所有這些信息都傳送到 USB 子系統(tǒng)中，在USB骨架驅(qū)動程序中表示如下：static struct usb_driver sekl_driver=name:”skeleton”,/一個字符串，它對驅(qū)動程序進行描述probe: