編譯Android系統(tǒng) 課件

第04章

編譯Android系統(tǒng)目錄任務三編譯Linux內(nèi)核任務二編譯U-boot任務四編譯Andoid系統(tǒng)任務預覽知識儲備本章小結(jié)任務一部署ANDROID系統(tǒng)源碼

任務預覽

一、背景描述物聯(lián)網(wǎng)基礎開發(fā)實驗箱上的系統(tǒng)包括三個部分，即U-boot.bin程序、Linux內(nèi)核文件zImage以及android文件系統(tǒng)映像。按照上一章講述的交叉開發(fā)環(huán)境的原理，這三個部分文件的編譯工作需要放在Linux系統(tǒng)下實現(xiàn)。這一章我們就在Ubuntu下部署好Android系統(tǒng)源碼，并實現(xiàn)對這三個部分文件的編譯。二、實驗目的?掌握Android系統(tǒng)源碼的部署?掌握U-boot文件的編譯?掌握Linux內(nèi)核文件的編譯?掌握Android系統(tǒng)映像文件的編譯。目錄任務三編譯Linux內(nèi)核任務二編譯U-boot任務四編譯Andoid系統(tǒng)任務預覽知識儲備本章小結(jié)任務一部署ANDROID系統(tǒng)源碼知識儲備嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程嵌入式系統(tǒng)開發(fā)是一個系統(tǒng)性的工程，一個完整的開發(fā)過程總體來說包括了硬件系統(tǒng)設計、操作系統(tǒng)移植和應用軟件設計三個部分。一、硬件系統(tǒng)設計包括了硬件體系架構(gòu)、基于Protel軟件或其他電路板設計軟件的電路圖設計、電路板廠商的電路板制作、焊接和測試、電路板調(diào)試等步驟，其目標是獲取一個在電氣連接上沒有錯誤、滿足設計需求的硬件電路板。二、操作系統(tǒng)移植指的是當嵌入式硬件開發(fā)已經(jīng)完成且保證無誤之后，將一個目標操作系統(tǒng)移植到硬件系統(tǒng)上并運行的過程，其目標是在硬件系統(tǒng)上運行一個操作系統(tǒng)。以本書中涉及的操作系統(tǒng)移植過程為例，大約可以分為3個步驟1）配置和編譯Bootloader，即U-boot，然后將Bootloader下載到開發(fā)板，該程序負責初始化硬件設備、建立內(nèi)存空間的映射表、對操作系統(tǒng)進行引導。2）下載操作系統(tǒng)的源代碼，建立交叉編譯環(huán)境，配置和編譯操作系統(tǒng)內(nèi)核（即LinuxKernel），并且根據(jù)硬件系統(tǒng)的特點對其進行相應的裁剪和配置，然后將操作系統(tǒng)下載到目標板上。3）向NANDFLASH內(nèi)移植文件系統(tǒng)，通常來說是YAFFS2類型的文件系統(tǒng)，這樣才能形成完整的操作系統(tǒng)應用環(huán)境。本書在這個環(huán)節(jié)選擇的是支持YAFFS2文件格式的Android系統(tǒng)。在操作系統(tǒng)移植的過程中，還需要同步建立嵌入式系統(tǒng)與開發(fā)環(huán)境之間的數(shù)據(jù)交互通道，如TFTP、NFS等，這一塊內(nèi)容在前面的章節(jié)中已經(jīng)有所涉及。三、應用軟件設計應用軟件設計是指在已經(jīng)移植完成操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)上，根據(jù)系統(tǒng)的特定需求進行軟件設計的過程，此時通常也需要交叉編譯環(huán)境。特別說明的是，本書內(nèi)容并不涉及第一個部分“硬件電路板設計”和第三個部分“應用軟件設計”，主要圍繞第二個部分“操作系統(tǒng)移植”進行講解。目錄任務三編譯Linux內(nèi)核任務二編譯U-boot任務四編譯Andoid系統(tǒng)任務預覽知識儲備本章小結(jié)任務一部署ANDROID系統(tǒng)源碼一、任務描述

將實驗箱所需的Android系統(tǒng)源碼部署到Ubuntu下，為后續(xù)的編譯工作做好準備。

二、知識點撥

實驗平臺Android映像固化在NandFlash中，具體存儲分配如圖所示：

1.部署ANDROID系統(tǒng)源碼從下往上，各層次完成的主要功能如下。

?U-Boot引導加載程序：固化在硬件Flash上的一段引導代碼，用于完成硬件的一些基本配置，引導嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核啟動。

?LinuxKernel嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核：包括特定于某嵌入式硬件平臺的定制操作系統(tǒng)內(nèi)核及內(nèi)核的啟動參數(shù)等。

?Android文件系統(tǒng)：文件系統(tǒng)是一個嵌入式系統(tǒng)中必不可少的組成部分，它完成對存儲設備上的文件的管理工作，嵌入式操作系統(tǒng)只需要直接訪問文件系統(tǒng)所提供的接口便可以完成對磁盤上的文件的操作。

?用戶應用程序：特定于用戶的應用程序，有時在用戶應用程序和內(nèi)核層之間可能還會包括一個嵌入式圖形用戶界面。

三、任務實現(xiàn)

本節(jié)將部署Android系統(tǒng)源碼，就是要將U-boot、kernel、Android映像三個部分所對應的源代碼放置于適當?shù)腖inux目錄之下，為后續(xù)的編譯工作做好準備。

步驟1：拷貝android源碼包到ubuntu系統(tǒng)內(nèi)

首先在教學資料光盤找到android-2.3.tgz這個打包文件，該文件容量較大（約1.11GB），內(nèi)部包含了編譯工作所需的所有源代碼文件，如圖所示。將android-2.3.tgz拷貝到ubuntu系統(tǒng)的/tmp目錄之下?？截愇募姆绞娇梢詤⒖忌弦徽鹿?jié)的內(nèi)容，例如采用TFTP、Samba等文件傳輸服務來實現(xiàn)；如果是vmware虛擬機的環(huán)境，則vmware-tools支持將文件由物理主機系統(tǒng)直接拖入虛擬機系統(tǒng)。下圖所示為從物理主機系統(tǒng)直接拖放文件到Ubuntu虛擬機文件夾內(nèi)。由于文件容量較大，拷貝文件需等待較長時間。當拷貝進度完成后，進入ubuntu系統(tǒng)的/tmp目錄，確認一下文件是否存在。步驟2：在/usr/local/src目錄下新建一個目錄，取名為EMBV210/usr/local/src目錄一般用于存放用戶自行下載的第三方軟件的源碼，因此實驗中也選擇在此路徑下創(chuàng)建一個新的目錄EMBV210，這個目錄專門用于存放android-2.3.tgz解壓出的所有源碼。步驟3：將/tmp/android-2.3.tgz文件解壓到/usr/local/src/EMBV210

步驟4：查看解壓后生成的文件步驟5：根據(jù)上述查看的結(jié)果，可以確認四個文件目錄存在，每個目錄具體功能如下：

arm-2009q3：交叉編譯工具鏈

uboot-embv210：U-boot源碼

kernel-embv210：Linux內(nèi)核源碼

froyo-embv210：Android系統(tǒng)源碼

目錄任務三編譯Linux內(nèi)核任務二編譯U-boot任務四編譯Andoid系統(tǒng)任務預覽知識儲備本章小結(jié)任務一部署ANDROID系統(tǒng)源碼2.編譯U-boot一、任務描述編譯U-boot源碼，生成映像文件u-boot.bin二、原理介紹簡單地說，本實驗中要生成的u-boot.bin就是一個開機引導程序Bootloader，它是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行的一段小程序。通過這段小程序，我們可以初始化硬件設備、建立內(nèi)存空間的映射圖，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。Bootloader（引導加載程序）是系統(tǒng)加電后運行的第一段代碼，一般運行的時間非常短，但是對于嵌入式系統(tǒng)來說，這段代碼非常重要。在我們的臺式電腦當中，引導加載程序由BIOS（固件程序）和位于硬盤MBR中的操作系統(tǒng)引導加載程序（比如NTLOADER，GRUB和LILO）一起組成。在嵌入式系統(tǒng)當中沒有像BIOS這樣的固件程序，不過也有一些嵌入式CPU會在芯片內(nèi)部嵌入一小段程序，一般用來將bootloader裝進RAM中，有點類似BIOS，但是功能比BIOS弱很多。在一般的典型系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)的加載啟動任務全由bootloader來完成。在ARM中，系統(tǒng)上電或復位時通常從地址0x00000000處開始執(zhí)行，而在這個位置，通常安排的就是系統(tǒng)的bootloader。本教材只介紹編譯U-boot源碼生成bin文件的過程，而對于U-boot源代碼本身如何解讀和編輯并不做具體深入的要求。三、任務實現(xiàn)步驟1：在ubuntu嵌入式開發(fā)環(huán)境下運行終端，執(zhí)行以下命令來編譯U-boot源碼，生成映像文件u-boot.bin：步驟2：編譯成功后，將會在/usr/local/src/EMBV210/uboot-embv210目錄下看到編譯生成的映像文件u-boot.bin。將該文件拷貝到一個新建的公共文件夾保存，以備后續(xù)章節(jié)的實驗來使用。四、拓展閱讀理解Bootloader平臺上電后，CPU首先執(zhí)行bootloader程序，即U-Boot；而后的LinuxKernel則由bootloader程序加載。Bootloader代碼是機器通電后進入操作系統(tǒng)之前執(zhí)行的一段代碼，主要用于完成由硬件啟動到操作系統(tǒng)啟動的過渡，從而為操作系統(tǒng)提供基本的運行環(huán)境，如初始化CPU、堆棧、存儲器系統(tǒng)等。Bootloader代碼與CPU芯片的內(nèi)核結(jié)構(gòu)、具體型號、應用系統(tǒng)的配置及使用的操作系統(tǒng)等因素有關(guān)，其功能類似于PC機的BIOS程序。由于Bootloader和CPU及電路板的配置情況有關(guān)，因此不可能有通用的bootloader，開發(fā)時需要用戶根據(jù)具體情況進行移植。嵌入式Linux系統(tǒng)中常用的bootloader有armboot、redboot、blob、u-boot等，其中u-boot是當前較流行且功能強大的bootloader，可以支持多種體系結(jié)構(gòu)，但相對也比較復雜。Ubuntu的系統(tǒng)環(huán)境變量$PATHPATH說簡單點就是一個字符串變量，當輸入命令的時候LINUX會去查找PATH里面記錄的路徑。打個比方，我們通常在根目錄/下可以輸入命令ls,在/usr目錄下也可以輸入ls,但其實ls這個命令的可執(zhí)行文件根本不在這個兩個目錄下。之所以linux能夠順利的執(zhí)行l(wèi)s，原因在于當我們輸入命令的時候LINUX會去一些預先定義好的目錄下面去找我們此時輸入的命令，例如/bin目錄、/usr/bin目錄、/sbin目錄等，而系統(tǒng)環(huán)境變量PATH的值恰恰就是保存了這一系列目錄：/bin:/sbin:/usr/bin:……。當我們運行一個程序時，Linux將會在這些目錄下搜尋編譯鏈接。PATH變量的聲明格式為：PATH=$PATH:<PATH1>:<PATH2>:------:<PATHN>

可以自己加上指定的路徑，中間用冒號隔開。為了更好理解PATH這個環(huán)境變量，我們輸入以下命令假設新安裝了一個可執(zhí)行文件在/usr/local/new/bin下面，如果想像前面說的ls一樣在任何地方都使用這個命令，就需要修改環(huán)境變量PATH了。準確的說就是給PATH增加一個值/usr/local/new/bin。此時我們可以執(zhí)行一行bash命令:當然這樣的做法只能在當前終端運行的環(huán)境下生效，一旦用戶注銷或者系統(tǒng)重啟后，新增的PATH變量將消失。如果希望PATH可以永久的添加新路徑，通常的做法是：把這行bash命令寫到~/.profile文件的末尾，保存文件，注銷再登錄后，變量生效。該方式添加的變量只對當前用戶有效。目錄任務三編譯Linux內(nèi)核任務二編譯U-boot任務四編譯Andoid系統(tǒng)任務預覽知識儲備本章小結(jié)任務一部署ANDROID系統(tǒng)源碼3.編譯Linux內(nèi)核一、任務描述編譯Linux內(nèi)核源碼，生成Linux內(nèi)核的映像文件zImage二、知識點撥什么是Linux內(nèi)核？內(nèi)核是Linux操作系統(tǒng)的核心，它管理所有的系統(tǒng)線程、進程、資源和資源分配。與其它操作系統(tǒng)不同的是，Linux操作系統(tǒng)允許用戶對內(nèi)核進行重新設置。用戶可以對內(nèi)核進行“瘦身”，增加或消除對某些特定設備或子系統(tǒng)的支持。在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時，開發(fā)人員經(jīng)常會減少系統(tǒng)對一些無用設備的支持，將節(jié)省下來的內(nèi)存分配給各種應用軟件。根據(jù)實驗箱NandFlash存儲空間的分配情況來看，Linux內(nèi)核介于Bootloader和上層Android文件系統(tǒng)之間，也就是說Bootloader啟動成功后就可以加載Linux內(nèi)核文件了，Linux內(nèi)核負責管理系統(tǒng)的進程、內(nèi)存、設備驅(qū)動程序、文件和網(wǎng)絡系統(tǒng)，它通過VFS(虛擬文件系統(tǒng))技術(shù)來和上層的真實文件系統(tǒng)進行交互。三、任務實現(xiàn)步驟1：在ubuntu嵌入式開發(fā)環(huán)境下運行終端，執(zhí)行以下命令來編譯內(nèi)核kernel的源碼生成zImage映像：（編譯過程大約會在10分鐘以內(nèi)完成，之后終端會顯現(xiàn)“Kernel:arch/arm/boot/zImageisready”的字樣，表示編譯成功了。步驟2：編譯成功后，將會在目錄下看到編譯生成的映像文件zImage。將該文件拷貝到一個公共文件夾保存，以備后續(xù)章節(jié)的實驗使用。目錄任務三編譯Linux內(nèi)核任務二編譯U-boot任務四編譯Andoid系統(tǒng)任務預覽知識儲備本章小結(jié)任務一部署ANDROID系統(tǒng)源碼4.編譯Andoid系統(tǒng)一、任務描述編譯Android文件系統(tǒng)的源碼，生成文件系統(tǒng)映像文件embv210_root.img二、知識點撥用Android源碼來編譯生成一個Android系統(tǒng)注定將是一項比較艱巨的任務，可能是整本教材所有任務中，耗時最長的任務了。本任務主要特點有兩個：一是編譯過程中常有可能遇到錯誤而中斷執(zhí)行，出錯的原因往往是Ubuntu系統(tǒng)缺少某個組件或軟件依賴包，這時候就需要我們補充安裝相應的軟件包，然后從頭再來，而這部分工作意味著大量的操作步驟。二是耗費時間漫長，從所有前提條件準備就緒，開始執(zhí)行make命令開始，大約需要等待至少2個小時的時間，如果使用的PC硬件性能不夠好，那么耗費6~7個小時都是正常的。這就使得本節(jié)任務成功完成的困難大大增加。為了能夠縮短任務完成的時間，提高成功率，在任務實現(xiàn)的指導步驟中，我們專門將任務必須的軟件包提前安裝好，并設置好所有的運行環(huán)境，之后再執(zhí)行編譯程序，以確保任務順利完成。三、任務實現(xiàn)步驟1：做好編譯環(huán)境的準備工作，安裝一下各種軟件包（請確保ubuntu系統(tǒng)可以正常連接互聯(lián)網(wǎng)）安裝bison,bison是一個自由軟件，用于自動生成語法分析器程序，實際上可用于所有常見的操作系統(tǒng)。Bison把LALR形式的上下文無關(guān)文法描述轉(zhuǎn)換為可做語法分析的C或C++程序。安裝flex,flex是基于UNIX環(huán)境的詞法分析器的生成工具。安裝java開發(fā)工具包openjdk-6-jdk安裝c和c++編譯器C和C++編譯器安裝后，還需要做適當?shù)男薷模蛊淠軌虮徽_調(diào)用。安裝zlib，zlib是一個著名的開源軟件包，用于數(shù)據(jù)壓縮安裝ncurses，ncurses是字符終端下屏幕控制的基本庫。能提供功能鍵定義(快捷鍵),屏幕繪