华清远见嵌入式培训课件

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禾尹
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1 构建嵌入式 LINUX 系统易松华

2 什么是嵌入式系统 } 嵌入式系统是以应用为中心, 以计算机技术为基础, 并且软硬件可裁剪, 适用于应用系统对功能可靠性成本体积功耗有严格要求的专用计算机系统 2

3 嵌入式系统的广泛应用无线手机 PDA 机顶盒家庭网关互联网汽车游戏视频

4 嵌入式系统特点 } 嵌入式系统是将先进的计算机技术半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物 } 技术密集资金密集高度分散不断创新的知识集成系统微机原理数字电路程序设计接口技术电路原理编译原理

5 嵌入式系统特点 } 嵌入式系统面向特定应用, 完成单个或一组联系紧密的功能 } 嵌入式系统产品功能特定, 较通用计算机系统封闭, 具有较长的生命周期 } 低功耗体积小集成度高, 有限的存储器 } 嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计, 量体裁衣 } 嵌入式系统本身不具备自主开发能力 } 需要配套开发工具和环境 } 一般有性能和实时性要求

6 实时系统特点 } 实时系统特点 } 指规定的时限内必须完成规定的操作 } 并非指速度快慢 } 硬实时 : 超过时限完成任务会导致导致灾难性后果 } 软实时 : 超过时限完成对任务会带来系统性能的严重下降 } 是否真正需要实时?

7 嵌入式技术的紧迫需求 } 精简健壮的内核 } 友好漂亮的 GUI } 安全快速的网络通讯接口 } 功耗性能的矛盾与平衡 } 轻巧分布式的数据库相关技术

8 需要嵌入式操作系统? 系统需要运行多个任务系统需要不断地进行升级和二次开发系统需要有直观的用户界面系统需要用到微型数据库管理系统系统需要有网络功能

9 嵌入式主控芯片百家争鸣

10 典型嵌入式操作系统 } 微内核 (Microkernel kernel) } MicroC/OS-II } VxWorks } Threadx } Nucleus } FreeRTOS } 宏内核 ( Monolithic kernel) } Linux/ucLinux } Windows CE } Symbian

11 嵌入式开发与 PC 开发的比较网络串口主机 (X86) 目标板 ( 一般非 X86) PC 开发 : 本地开发本地运行 Self-Host/Self-Target 嵌入式开发 :PC 编译, 目标板运行 Cross-Target Development

12 典型嵌入式开发目标机 X X 软件开发工具源代码调试器操作系统可执行程序宿主机 X

13 ARM LINUX 的编译工具 } 开发主机 } RedHat,Ubuntu,Windows( 不推荐 ) } 典型交叉编译工具 } ELDK } CodeSourcery } 商业工具链 } Montavista( 可集成到图形开发环境 DevRocket) } DIY } Crosstools } Buildroot 经常使用的是 uclibc IDE tools } Eclipse

14 ARM LINUX 系统引导过程 } 预备知识 } Bootloader } Uboot,RedBoot, VIVI 等 } 内核 zimage/uimage } 内核加载地址和入口点 (uimage only) } 内核压缩镜像 vmlinuz } 内核解压缩代码 } Ramfs 根文件系统可选减少主机文件系统依赖, 适合加速开发前期 } 网络协议 NFS/DHCP/TFTP

15 ARM LINUX 系统引导过程 } Bootloader } 初始化基本运行环境 } 加载内核到 RAM 中 } 跳转到内核解压缩代码 } 其他辅助功能

16 ARM LINUX 系统引导过程 } 内核解压缩 } 回收 bootloader 使用资源 } 解压缩 Vmlinuz } 解压缩可选的 RAMDISK } 将控制权交给内核

17 ARM LINUX 系统引导过程 } 内核执行 } 内核解压缩代码资源回收 } 挂载根文件系统 } 开发时用 NFS(or ramdisk) } 产品用 cramfs/jffs2 等 } 执行 init } 执行应用程序

18 LINUX 组成结构图

19 ARM LINUX 2.6 移植步骤 } 准备开发板和相关配件 } 要清楚自己的开发板的配置 ( 有那些外围设备等 ) } 下载内核源码取得相关工具软件 } Kernel,gcc,jtag } 选定参考板 } 选择一个内核中已经支持, 且和自己的开发部相似的参考板为原型, 进修修改 } 修改开发板相关代码 } 完成 BSP 的修改移植 } 如 :arch/arm/mach-s3c2410/ 目录 } 添加驱动 } 先添加基本驱动代码 ( 如 : 网卡 ) } 编译调试下载内核

20 板级支持相关代码 } 移植相关目录和代码 arch/arm/mach-s3c2410 arch/arm/plat-s3c24xx arch/arm/tools/mach-types arch/arm/kconfig arch/arm/makefile arch/arm/boot/compressed Include/asm-arm/arch-s3c2410 Makefile } 添加基本驱动 } 闪存驱动 (MTD NAND) } 串口用来打印信息 } 可以在内核启动之前打印信息 } 内核启动后可以通过 console 打印信息 } 网络支持可以使得开发调试更为方便 } 如挂载网络文件系统 nfs

21 移植样例 } 体系结构 : ARM920T } 处理器 : Samsung S3C2410 } 开发板 : ucdragon FS2410 } Linux 内核版本 :2.6.22

22 移植相关 } 相关代码和目录 } arch/arm/kconfig } arch/arm/makefile } arch/arm/boot/makefile } arch/arm/mach-s3c2410/* } arch/arm/plat-s3c24xx/* } include/asm-arm/arch-s3c2410/* } arch/arm/tools/mach-types } arch/arm/boot/compressed/head.s } arch/arm/boot/compressed/makefile } Makefile

23 Smdk2410 基本信息定义 } arch/arm/mach-s3c2410/mach-smdk2410.c } 定义开发板描述信息 MACHINE_START(SMDK2410, "SMDK2410") /* Maintainer: Jonas Dietsche */.phys_io = S3C2410_PA_UART,.io_pg_offst= (((u32)s3c24xx_va_uart) >> 18) & 0xfffc,.boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,.map_io = smdk2410_map_io,.init_irq = s3c24xx_init_irq,.init_machine = smdk2410_init,.timer = &s3c24xx_timer, MACHINE_END } MACHINE_START 定义 include/asm-arm/mach/arch.h struct machine_desc mach_desc_##_type is defined

24 Smdk2410 静态 io 空间映射 (1) } arch/arm/mach-s3c2410/mach-smdk2410.c } static struct map_desc smdk2410_iodesc[] initdata = { } /* nothing here yet */ } }; } static void init smdk2410_map_io(void) } { } s3c24xx_init_io(smdk2410_iodesc, ARRAY_SIZE(smdk2410_iodesc)); } s3c24xx_init_clocks(0); } s3c24xx_init_uarts(smdk2410_uartcfgs, ARRAY_SIZE(smdk2410_uartcfgs)); } }

25 Smdk2410 静态 io 空间映射 (2) } arch/arm/mach-s3c2410/s3c2410.c } static struct map_desc s3c2410_iodesc[] initdata = { } IODESC_ENT(CLKPWR), } IODESC_ENT(TIMER), } IODESC_ENT(WATCHDOG), } }; } void init s3c2410_map_io(struct map_desc *mach_desc, int mach_size) } { } /* register our io-tables */ } iotable_init(s3c2410_iodesc, ARRAY_SIZE(s3c2410_iodesc)); } iotable_init(mach_desc, mach_size); } }

26 Smdk2410 静态 io 空间映射 (3) } arch/arm/plat-s3c24xx/cpu.c } static struct map_desc s3c_iodesc[] initdata = { } IODESC_ENT(GPIO), } IODESC_ENT(IRQ), } IODESC_ENT(MEMCTRL), } IODESC_ENT(UART) } }; } void init s3c24xx_init_io(struct map_desc *mach_desc, int size) } { }... } }

27 Nand 平台设备定义 } arch/arm/plat-s3c24xx/devs.c static struct resource s3c_nand_resource[] = { [0] = {.start = S3C2410_PA_NAND,.end = S3C2410_PA_NAND + S3C24XX_SZ_NAND -1,.flags = IORESOURCE_MEM, } }; struct platform_device s3c_device_nand = {.name = "s3c2410-nand",.id = -1,.num_resources = ARRAY_SIZE(s3c_nand_resource),.resource = s3c_nand_resource, }; EXPORT_SYMBOL(s3c_device_nand);

28 platform_device 结构 include/linux/platform_device.h #ifndef _PLATFORM_DEVICE_H_ #define _PLATFORM_DEVICE_H_ #include <linux/device.h> struct platform_device { const char * name; u32 id; struct device dev; u32 num_resources; struct resource * resource; };

29 Nand flash 分区定义 (1) } arch/arm/plat-s3c24xx/common-smdk.c } static struct mtd_partition smdk_default_nand_part[] = { [0] = {.name = "Boot Agent",.size = SZ_16K,.offset = 0, }, [1] = {.name = "S3C2410 flash partition 1",.offset = 0,.size = SZ_2M, }, [2] = {.name = "S3C2410 flash partition 2",.offset = SZ_4M,.size = SZ_4M, }, [7] = {.name = "S3C2410 flash partition 7",.offset = SZ_1M * 48,.size = SZ_16M, }};

30 Nand flash 分区定义 (2) } static struct s3c2410_nand_set smdk_nand_sets[] = { } [0] = { }.name = "NAND", }.nr_chips = 1, }.nr_partitions= ARRAY_SIZE(smdk_default_nand_part), }.partitions = smdk_default_nand_part, } }, } };/* choose a set of timings which should suit most 512Mbit * chips and beyond.*/ } static struct s3c2410_platform_nand smdk_nand_info = } { }.tacls = 20, }.twrph0 = 60, }.twrph1 = 20, }.nr_sets = ARRAY_SIZE(smdk_nand_sets), }.sets = smdk_nand_sets, } };

31 平台相关代码分析 -common-smdk2410.c } arch\arm\plat-s3c24xx\common-smdk.c static struct platform_device initdata *smdk_devs[] = { &s3c_device_nand, }; &smdk_led4, &smdk_led5, &smdk_led6, &smdk_led7, static struct s3c24xx_board smdk2410_board initdata = {.devices = smdk2410_devices,.devices_count = ARRAY_SIZE(smdk2410_devices) };

32 平台设备注册 } arch/arm/plat-s3c24xx/common-smdk.c } void init smdk_machine_init(void){ } /* Configure the LEDs (even if we have no LED support)*/ } s3c2410_gpio_cfgpin(s3c2410_gpf4, S3C2410_GPF4_OUTP); } s3c2410_gpio_cfgpin(s3c2410_gpf5, S3C2410_GPF5_OUTP); } s3c2410_gpio_cfgpin(s3c2410_gpf6, S3C2410_GPF6_OUTP); } s3c2410_gpio_cfgpin(s3c2410_gpf7, S3C2410_GPF7_OUTP); } s3c2410_gpio_setpin(s3c2410_gpf4, 1); } s3c2410_gpio_setpin(s3c2410_gpf5, 1); } s3c2410_gpio_setpin(s3c2410_gpf6, 1); } s3c2410_gpio_setpin(s3c2410_gpf7, 1); } if (machine_is_smdk2443()) } smdk_nand_info.twrph0 = 50; } s3c_device_nand.dev.platform_data = &smdk_nand_info; } platform_add_devices(smdk_devs, ARRAY_SIZE(smdk_devs)); } s3c2410_pm_init(); } }

33 内核启动参数 } Boot options > } Default kernel command string: } console=ttysac0, noinitrd root=/dev/nfs rw ip=bootp } 另外一个 : } console=ttys0, =/dev/mtdblock/2 rw init=/linuxrc ip= : : : :farsight:eth0:off display=dh240

34 修改 Makefile(1) } 顶层 Makefile } Makefile ARCH=arm CROSS_COMPILER=arm-linux-

35 修改 Makefile(2) } arch/arm/makefile } machine-$(config_arch_s3c2410) := s3c2410 } ifneq ($(machine-y),) } MACHINE := arch/arm/mach-$(machine-y)/ } else } MACHINE := } Endif } textofs-y := 0x } TEXT_OFFSET := $(textofs-y) } arch/arm/mach-s3c2410/makefile.boot } zreladdr-y := 0x } params_phys-y:= 0x } arch/arm/boot/makefile } ZRELADDR := $(zreladdr-y) } PARAMS_PHYS := $(params_phys-y) } INITRD_PHYS := $(initrd_phys-y)export ZRELADDR INITRD_PHYS PARAMS_PHYS

36 修改 Makefile(3) } arch/arm/boot/compressed/makefile } ifeq ($(CONFIG_ZBOOT_ROM),y) } ZTEXTADDR := $(CONFIG_ZBOOT_ROM_TEXT) } ZBSSADDR := $(CONFIG_ZBOOT_ROM_BSS) } else } ZTEXTADDR := 0 } ZBSSADDR := ALIGN(4) } endif } ifneq ($(INITRD_PHYS),) } LDFLAGS_vmlinux += --defsym initrd_phys=$(initrd_phys) } endif } ifneq ($(PARAMS_PHYS),) } LDFLAGS_vmlinux += --defsym params_phys=$(params_phys) } endif } Include/asm-arm/memory.h } #ifndef PAGE_OFFSET } #define PAGE_OFFSET UL(0xc ) } #endif } 关于地址的定义参考 Documentation/arm/Porting

37 配置编译 } make menuconfig } make zimage(or make uimage) } make moudles

38 文件系统 } Linux 严重依赖文件系统 } 设备, 数据, 视频等 } 系统所使用的存储设备决定文件系统的大小和类型 } 为了高可靠性, 使用日志文件系统 } 在事件失败时候自动执行文件 recovery

39 文件系统 (1) } 文件系统支持 ( 只列出部分特性 ) } CramFS } A compressed, read-only file system } File sizes are limited to less than 16MB, and the maximum file system size is a little over 256MB. } Useful for root file systems Applications and libraries do not change at run time } Typically, better compression and faster performance than you see from JFFS2 } SquashFS } A compressed, read-only file system } Better compression than cramfs } Better runtime performance

40 文件系统 (2) } 文件系统支持 ( 只列出部分特性 ) } JFFS/JFFS2 } A journaling file system that places itself directly on flash chips with the disk emulation } Automatically performs wear-leveling and garbage collection } The file system is compressed allowing for more storage in the same amount of flash } Yet Another Flash File System (YAFFS2) } Designed and optimized for NAND Flash chips } Larger Flash sizes and faster erase and write processes } Journaling support that automatically provides automatic wear-leveling and power failure recovery } 更多细节请参考华清远见的嵌入式系统班讲义

41 嵌入式 Linux 应用开发班 } 嵌入式 Linux 开发环境构建 ( 应用层 ) } 嵌入式 Linux 进程及进程间通讯开发 } 嵌入式 Linux 下的网络开发 } 嵌入式 GUI 与数据库开发

42 嵌入式 Linux 系统开发班 } 嵌入式 Linux 开发环境构建 ( 系统层 ) } 开发 Linux 系统引导程序 (bootloader) } 配置编译 Linux 内核 } 移植 Linux 内核源码 } 调试 Linux 内核方法 } 集成部署 Linux 系统 (rootfs)

43 Thanks!

Linux内核的移植技术剖析

Linux内核的移植技术剖析嵌入式培训专家 Linux 内核的移植技术剖析主讲 : 宋宝华 www.farsight.com.cn 今天的内容 vbsp 的组成部分 vplat/mach 各组件的实现内核节拍中断管理时钟 GPIO DMA IO 内存映射 v 设备与资源 platform device resource 和 plarform data uart/spi/i2c 等设备板级 resource vbsp 作用