系统移植知识点总结

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系统移植知识点总结

系统移植学习各知识点总结

首先我们来了解一个设备要运行起来，要做的工作：

接下来我们了解一下常见的操作系统

所谓的操作系统就是管理硬件,对用户提供统一的接口
提供服务: 网络协议 打印服务 UI界面

vxworks:  硬实时系统	军工   汽车  	   $1
linux:	  软实时系统		民间    免费   服务器  嵌入式	 
window:   非实时系统		民间	收费   PC
其他: freeRTOS-stm32      51-osal    ucOS  xxx

RTOS: real time os 实时系统

简单了解一下系统移植

首先就是为什么我们要进行系统移植:
思考一个问题：新开发板子需要系统,但是没有系统. 系统从哪里来???
答案是：大多数芯片原厂都会提供,包括 系统、电路图 linux源码 u-boot源码 开发工具 等。

系统移植主要分为三个主要部分：

bootloader os fileSystem

举个例子：

PC: bios window fileSystem
手机: recovery andriod fileSystem
嵌入式: u-boot linux fileSystem

系统移植的过程：

1.使用大厂提供的 原始iso(uImage) run in my board .发现可以跑起来,但是可能有问题.

2.发现问题,找出原因: 比较两个板子差异.

3.根据原因 添加我们功能
比如 dm9000, 修改设备树 menuconfig添加驱动和其他功能

  1. 添加第三方驱动:比如摄像头 …
    1)方法一直接融入内核
    2)方法二 编译为模块
    5.自己写驱动

接下来了解一下系统移植的三个部分

bootloader

boot 启动,启动板子 loader加载os
目的: 加载并启动os.

bootloader其实 就一个 单片机程序,能够开机启动 最后加载os就行了.

​
工作过程:
汇编 : 开机启动 初始化核心硬件(cpu ram flash 串口) 初始化堆栈,跳转到C
C语言: 初始化大部分硬件(网卡 sd )从flash加载环境变量,初始化 [交互模式] 加载os,启动os

​
u-boot使用:
bootloader有很多款:
bios : 安装包 300M ,功能强大 PC
recovery: 安装包 5MB ,功能可以 手机
u-boot : 200KB ,功能够用 嵌入式

  u-boot: universal bootloader 通用的bootloader
  			可以跑在pc arm ppc mips .....

  	u-boot是依赖于硬件的, 硬件不同 你要使用专用的u-boot .
  	工作中我们很少去改动u-boot.  因为u-boot使用的硬件很少的.

两种方法:
命令:
printenv 打印环境变量
FS4412 # printenv
setenv 环境变量 值 修改内存中的环境变量
如果环境变量没有,则创建
如果值为空,则删除

  	saveenv					把内存中的环境变量存入flash
  	
  	tftp 文件传输命令		tftp服务器ip--环境变量serverip决定
  							板子ip---ipaddr决定
  			tftp  41000000  文件名
  	ping ipaddr
  	
  	go addr			: 去指定地址执行程序
  	bootm:		boot from memery,主要用来启动操作系统的 
  			bootm  os_addr     fs_addr  dtb_addr

​
环境变量: 它会影响uboot执行
baudrate=115200 串口波特率
bootargs=root=/dev/ram0 rw console=ttySAC2,115200 init=/linuxrc
linux启动 需要读取fs,那么他怎么知道fs在哪里(网上 sd 硬盘 u盘)…他其实不知道
你要告诉他 写入bootargs中,有固定的格式的.

  			set bootargs root=/dev/nfs nfsroot=192.168.3.196:/home/lsf/source/rootfs rw console=ttySAC2,115200 init=linuxrc ip=192.168.3.232
  					root=/dev/nfs::   rootfs根文件系统使用nfs,要去网络上挂载它
  					nfsroot=192.168.2.121:/home/lsf/source/rootfs rw   指定nfs的具体位置 和读写权限
  					console=ttySAC2,115200   告诉linux 你起来以后,记得使用串口2,波特率=..... 
  					init=linuxrc 
  					ip=192.168.2.245	告诉linux ,你起来以后 使用这个ip
  			   bootcmd=movi read kernel 41000000;movi read dtb 42000000;movi read rootfs 4300000 3f73a9;bootm 410000 
  		u-boot要去加载启动os,但是u-boot怎么知道 如何启动os???他不知道
  					你要告诉u-boot如何启动,如何告诉u-boot:  让bootcmd等于几条指令,这几条指令依次执行就可以启动os 
  				u-boot启动之后就会 读取bootcmd参数,然后依次执行.
  			  
  set bootcmd   tftp 41000000 uImage\\;tftp 42000000 exynos4412-fs4412.dtb\\;bootm 41000000 - 42000000 
  	bootdelay=3		启动延迟
  			ethact=dm9000	网卡dm9000
  			ethaddr=11:22:33:44:55:66	网卡物理地址
  			fileaddr=41000000
  			filesize=8636
  			gatewayip=192.168.3.1		网关地址
  			serverip=192.168.0.134 		tftp服务器ip
  			ipaddr=192.168.3.247		板子的ip
  			netmask=255.255.255.0		掩码
  			stderr=serial
  			stdin=serial
  			stdout=serial

​

u-boot源码

​ 解压源码,要在纯linux下 tar -xvf u-boot…
​ 顶层目录, u-boot第一级目录,以后 代码移植 编译都是在该目录下.

目录结构:
1.平台相关源码
cpu相关的代码 不同的cpu代码不一样,so 每款 arm系列 都有有自己的 代码 arch/arm/cpu/xxxxxx 4
板子相关的代码 不同的板子,代码不一样 board/samsung/origen
板子可以有不同配置 一个板子可以有多个配置文件 include/configs/origen.h 里面全是宏
2.平台无关的源码
比如 网络协议 命令 驱动 等等都是 无关cpu 板子 配置的.

编译: 要在顶层目录下
1.配置u-boot: 告诉u-boot你要编译那一款板子(origen)的
make 板子名字_config ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi-
例子: make origen_config ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi-

2.编译
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi-
3.结果 顶层目录下 u-boot.bin可以烧录到板子上的
u-boot.map 将源码中的所有符号的地址存起来

4.清空
make clean 清理垃圾,除了配置文件
make distclean 清理所有的东西

​

u-boot简单移植

​ 我们需要修改的地方
​ cpu的代码 arch/arm/armv7 不需要动
​ 板子的代码 board/samsung/origen 要改
​ 配置文件 include/configs/origen.h 要改
​
​

如何做??? 为什么要这么做???

  1.每款板子都要有自己独立的代码,实现自己的初始化
  	cp board/samsung/origen  board/samsung/fs4412  
  	mv  board/samsung/fs4412/origen.c   
  	board/samsung/fs4412/fs4412.c 同时还要修改Makefile 
  		vi board/samsung/fs4412/Makefile 
  		将所有origen替换为fs4412 
  		
  2.每款板子都要有自己的配置文件  
  cp include/configs/origen.h    include/configs/fs4412.h

  3.  我们以前 make origen_config的时候, u-boot是如何知道 对应cpu 公司的 配置文件的......
  原理:  make origen_config 的时候 根据 origen去搜索boards.cfg文件中的选项,找出该board 's cpu and config file and vendor(公司 厂家)
  			
  4.配置和编译 
  	make fs4412_config ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- 
  	make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi-

操作系统 os

板子上linux : kernel–内核 镜像 uImage 2M
Ubuntu/andriod : 基于内核,增加了很多app 镜像 iso 3.7GB
linux内核的版本发展:

4.5.0-21-generic
主版本号.次版本号.修改版本号-原厂自定义版本号

次版本号 为奇数的时候,表示当前系统版本是不稳定版本(实验版本)
偶数,表示 稳定版本

内核源码
解压在纯linux目录下 tar -xvf linux-3.14.tar.xz
顶层目录: linux第一级目录 后续编译和移植都是基于该目录下执行的.

平台相关 :
不同的cpu 不同的板子 代码和配置是不一样的
cpu: arch/arm/mach-xxx 表示一款芯片的初始化代码
board: 都描述了在设备树中 arch/arm/boot/dts 每个板子都要有自己的设备,描述自己有哪些硬件
config: 不同的板子配置不一样 arch/arm/configs/exynos_defconfig

平台无关 :
Documentation-文档 init-内核的初始化代码 lib sound
block-块设备 drivers-驱动程序 ipc-进程间通信实现 tools
COPYING firmware-固件 Kbuild Makefile samples usr-用户目录
CREDITS fs-文件系统的实现 Kconfig mm–内存管理 scripts virt
crypto–加密算法 include-头文件 kernel-核心实现 net-网络协议 security

​
编译
1.配置 告诉linux kernel 要编译那些功能进入 uImage
cp arch/arm/configs/exynos_defconfig .config

  	如何修改配置呢 : .config是默认配置文件  
  	方法1: 直接修改.config   不现实---看不懂
  	方法2: linux提供了图形化配置界面  
  	
  	make menuconfig    ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi-
  		依赖于库  	sudo  apt-get install libncurses5-dev

内核裁剪: 通过menuconfig方法 增加/删除 需要/不需要功能,从而让uImage大小发生变化.

2.编译
make [uImage] ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- -j4

3.结果
arch/arm/boot
Image 原始的可以直接运行的内核 5M~
zImage 对Image进行压缩, 运行之前需要解压,但是zImage自带解压程序
uImage u:u-boot uboot专用的Image
u-boot 对zImage进行处理, 添加一些头部 生成uImage
前提: 需要u-boot的工具编译uboot之后,会tools/mkimage 拷贝到 /bin ,等于安装该软件
在编译内核的时候, make uImage ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- -j4
该命令会首先 生成 Image,然后生成zImage,最后 使用mkimge工具产生uImage

  1. 清空
    make clean 清零所有.o, 保留配置文件和 uImage Image zImage
    make distclean 清理所有东西

我们知道,有些驱动会集成到 kernel, 那些驱动有资格进入 kernel???
大厂:intel NVIDIA
小厂: 应用规模很大的芯片驱动
问题来了: 如果驱动没有集成到内核,怎么办???
添加到内核,然后可以通过menuconfig配置 编译与否!!!

  		思考: 需要那些功能
  			1.在menuconfig中显示出来   --显示
  				你要了解menuconfig的工作过程 	 Kconfig 
  			2.编译的时候, 可以根据 menuconfig的配置,决定是否编译 ---编译
  				还要知道 内核的编译过程			Makefil

文件系统 fileSystem

文件系统 他是一个 用户访问系统 接口/界面 ,all in file

普通的文件:
bin–存放命令的 etc–配置文件 linuxrc sbin–非系统级命令
tmp–临时文件 var-variable:日志 usr–存放用户文件的 /usr/bin /usr/sbin:存放用户命令的
lib–库文件 mnt-推荐mount挂载点

内存文件系统: 文件都建立在ram至上.
特点: 访问速度快,断电丢失

  	/proc: process 内核运行信息.
  		cmdline,即u-boot传过来的bootargs 
  		cpuinfo: cpu信息
  		###device-tree:   列举了设备树的各个节点,按照 数结构
  		diskstat :查看系统有有哪些分区  
  		meminfo: ram信息
  		modules:查看内核安装了哪些模块   lsmod:读取该文件,解析,打印 
  		partitions: 查看系统有哪些分区 	 
  		uptime: 时间 
  		version:  内核版本 
  		数字:
  			表示 进程号, 在对应的目录下可以看到改进程的各种属性	
  	/sys
  			驱动和设备的		
  				sys/bus/总线/devices  
  			
  	/dev	存放设备文件的地方

开机启动:
kernel启动之后,挂载fs. 然后去fs中找到第一个程序–init程序(init=linuxrc).
init进程是第一个用户程序,pid=1. init进程要做哪些工作呢:
init读取一个文件 /etc/inittab

  	#this is run first except when booting in single-user mode.
  	::sysinit:/etc/init.d/rcS       ### 当系统发生 init事件, 执行后面的脚本  
  								系统一起动,init进程就会执行 后面的脚本
  	# /bin/sh invocations on selected ttys
  	# Start an "askfirst" shell on the console (whatever that may be)
  	::respawn:-/bin/sh
  	# Stuff to do when restarting the init process
  	::restart:/sbin/init
  	# Stuff to do before rebooting
  	::ctrlaltdel:/sbin/reboot
  	/etc/init.d/rcS  :
  	init进程开机就会执行,如果你想 让某个进程 开机执行,把程序写进去
      
      telnet#######
  远程登录命令:  
  	客户端 telnet  servIP
  	服务器: 开机启动telnetd
  			配置文件 /etc/passwd      	root::0:0:root:/:/bin/sh

​
深入文件系统
window: fat32 NTFS reFs 一直在发展
linux: ext2 ext3 ext4 ext5 …
他们不能用在嵌入式上,体积太大了
嵌入式上要有自己 特有的文件系统: 体积小,功能够用

  		cramfs:  linus亲自开发的,只读的    nor/nand flash4
  		#jffs2:	针对nor flash开发的,后来支持nand flash,但是效果不好   RW
  		#yaffs2:	针对nand flash的  	RW
  		exit2:  支持 nor nand,但是都不咋的
    nor  flash:   有数据线和地址线 体积大 容量小  	1-3-5M           
    工艺要求很高    安全   贵
nand flash:	  只有8根线,数据和地址都走它体积小,容量大   100M-500G-1G
    工艺要求不高   一般    便宜

功能够用

cramfs: linus亲自开发的,只读的 nor/nand flash4
#jffs2: 针对nor flash开发的,后来支持nand flash,但是效果不好 RW
#yaffs2: 针对nand flash的 RW
exit2: 支持 nor nand,但是都不咋的
nor flash: 有数据线和地址线 体积大 容量小 1-3-5M
工艺要求很高 安全 贵
nand flash: 只有8根线,数据和地址都走它体积小,容量大 100M-500G-1G
工艺要求不高 一般 便宜

​

系统移植总结

menu 简述嵌入式linux系统移植的主要内容有哪些？

1> 搭建交叉开发环境

  2> 移植bootloader

  3> 移植linux内核

  4> 制作根文件系统

一、搭建交叉开发环境

 

1、交叉编译工具链的制作（GCC交叉编译器的生成）

（1）       下载Binutils、GCC、Glibc源码

（2）       配置并编译Binutils取得所需的汇编和链接程序(连接程序ld,汇编程序as,主要为GNU系统提供汇编和连接工具)

（3）       配置并编译GCC源码生成GCC编译器。（主要为GNU系统提供C编译器）

（4）       配置Glibc并编译生成Glibc的c函数库（一些基本的C函数和其他函数定义）

（5）       再次配置和编译GCC源码，生成其他语言的编译器，如C++编译器（一般是C编译器首先生成，然后以这个为基础，结合生成的Glibc的C函数库，再编译生成其他编译器）

【注】工具链依赖内核版本

 

2、二进制工具Binutils

ld:

as:

objcopy:objcopy   是用来进行目标格式转换的  

objdump:objdump   是用来反汇编的

strings:

strip:strip  是丢弃目标文件的全部或者特定符号，减少文件体积的  

addr2line: addr2line 是用来把程序地址转换为文件名和行号的 

ar:ar 是用来将目标文件生成静态库的

3、配置主机方必须的软件

（1）tftp服务器

Tftp用来下载远程文件的最简单网络协议，基于UDP协议实现

（2）nfs服务器

     主要将本地的一个目录通过网络输出，其他计算机可以远程挂接这个目录并进行访问。

       Nfs有自己的协议和端口，但在文件传输或其他相关信息传递的时候，NFS使用远程过程调用协议（RPC），RPC负责管理端口号的对应与服务相关的工作。NFS本身没有传输文件的协议。

 

二、 U BOOT

2010.08版本之前的Uboot架构比较简单，之后的版本架构变复杂。

1. 什么是bootloader，其作用是什么？ 列举三种ARM平台常用的bootloader

（1）bootloader是系统加电或复位时首先运行的一段代码，

（2）作用：对系统的软硬件做相应的初始化，为操作系统的加载运行做好准备。

（3）ARM平台常用的bootloader：u-boot、  redboot、  blob 、 vivi

 2.描述u-boot启动流程

 u-boot启动分为两个阶段：

第一个阶段用汇编实现。设置中断向量表->设置SVC模式、中断和时钟 ->

关闭看门狗、mmu和cache->初始化内存控制器->自搬移->设置堆栈、清空bss段

第二个阶段用C实现。调用一系列初始化函数->初始化Flash设备和环境变量->

初始化网络设备->进入循环

3、Uboot移植
（1）uboot移植中比较重要的几个目录。
  【90%的移植都在下面的6个目录】
  a .平台相关的(重要，关系到系统能不能正常启动，能不能用)
/board     /cpu    /lib_arm    /include 
  b.  平台无关的（次重要，功能是否齐全，关系到uboot支持的命令。。。如：ping命令的支持）通用
      /common  /drivers    /include 
 (2)Uboot移植流程
  a.修改Makefile
    增加交叉编译工具链的路径：CROSS_COMPFILE:=
  b.make clean(清除之前的编译)
  c.配置Uboot(私有化，针对要移植的开发板做相应修改)
  d.编译Uboot
     make完生成一些文件（主要关注三个）
    Uboot(elf文件)、Uboot.bin（二进制文件）、System.map（符号映射表）
   
4.Uboot相关知识点：

（1）.  bootloader向内核传参的方式有param_struct、 tag；

（2）  u-boot的命令中，设置环境变量的命令是  setenv

（3） u-boot中存放内核启动参数的环境变量是 bootargs

 

（4）linux要求bootloader在运行内核前，让系统进入 SVC 模式 

 （5）linux要求bootloader将平台号保存在 r1

5.uboot

uboot倒计时,由自启动脚本决定

bootargs:选择启动方式

交叉调试：gdb_server(交叉编译工具链里有)

CP到nfs挂载的路径下，

 

 

三、linux内核移植

1、内核概念

2、功能（linux内核的五大任务）

进程管理、内存管理、文件系统支持、设备管理（驱动）、网络协议

3、组织结构

4、配置内核（内核裁剪：make menuconfig）

       (1)顶层Makefile

(2)kconfig(裁剪 菜单选项的来源，添加删除选项)

(3)arch/arm…/mach/…板级信息

(4)arch…/smdkc100.c 板级驱动配置信息

5、编译内核（make zImage）

6、添加驱动

  （1）网卡

（2）LED

(3)Nand分区

(4)SD卡

(5)LCD

7、可能考的面试题

  配置内核时，保留了什么，裁剪了什么？

项目中前期开发模式是nfs挂载的方式，所有配置了nfs服务，配置了DM9000的驱动，便于tftp下载；项目中主控端用到了zigbee模块，GPRS模块，所以分别配置了USB转串口驱动。项目中没有用到SPI驱动，所以把这部分裁剪了。

【注】make zImage:编译生成内核的可移植镜像

      make modules:以M形式控制的部分才能编译

 8.linux内核启动流程

(1)Bootloader:

a.硬件上电后跳到一个固定位置执行相应的代码

b.初始化相应的设备

c.加载内核的代码到内存

d.跳到内核代码起始位置执行

(2)Kernel

a.内核自解压

b.初始化静态编译进内核的驱动模块（需要访问rootfs）

c.挂载rootfs(需要访问、运行用户空间的程序)

d.直接执行第一个用户空间程序

（3）第一个用户空间程序

   配置用户环境，执行服务进程

9.linux调试内核方法介绍

当console初始化以后，一般最为简单的内核调试方式为： printk　

     printk支持几种打印级别？

8种(0~7)

10 .linux相关知识点
（1）内核启动过程中，如果终端出现”Error:a”错误，可能出现的原因是：内核不支持当前开发平台
（2）内核启动过程中，如果终端出现”Error:p”错误，可能出现的原因是：内核不支持当前处理器
（3）内核解压后，console初始化以前使用的函数是：printascii

11、内核相关问题： 

  （1）编译内核镜像命令 make  zImage 

       编译模块的命令 make  modules

  （2）第一次配置内核时，应使用的缺省内核配置文件是什么？ 

    arch/arm/configs/s5pc100_defconfig

  （3）存放平台代码的文件是什么(完整路径)？ 

    arch/arm/mach-s5pc100/mach-smdkc100.c

  （4）内核解压后的入口在哪个文件？ 

    arch/arm/kernel/start.S

 四、rootfs的制作 

1.概念  

      存放运行、维护系统所必须的各种工具软件、库文件、脚本、配置文件和其他特殊文件的地方，也可以安装各种软件包。  

 2.rootfs制作流程

（1）采用bubybox创建基本命令

（2）创建基本的目录/lib  /etc /var  /tmp /dev  /sys /proc等

（3）添加glibc基本动态库

（4）创建基本的设备节点

（5）添加启动配置和脚本程序（一般etc下有此四个文件）/etc/inittab   /etc/fstab  /etc/init.d/rcS

另外有一个文件profile也可以加，用来存放环境变量。

【inittab:定义了各种action。

如：在用busybox制作根文件系统时，如果要求在程序执行前按enter键进行确认，添加action：askfirst　】

【rcS:init进程调用的第一个脚本

  一般都会有 mount -a(挂载所有fstab下的内容)】

（6）测试根文件系统

（7）制作根文件系统镜像，如ramdisk  cramfs jffs2......

 4、根文件系统特性 

（1）内核挂载的第一个文件系统， 

（2）根文件系统上存放有内核运行的第一个初始化程序init、命令、设备节点、配置文件以及共享库等等 

（3）系统中只能有一个根文件系统 

（4）嵌入式linux系统通常用bubybox工具集构建文件系统，以减小系统体积

 5.init进程  

 （1）所有进程的祖宗进程 

 （2）所有孤儿进程的父进程 

6、不同的文件系统的区别 

（1）yaffs2、jffs2 文件系统可以运行在nand flash上，并具有可读写特性 

（2）cramfs  文件系统可以运行在nand flash上，并具只读特性  

（3）tmpfs 不占用任何磁盘空间的文件系统 

ubifs针对大容量磁盘的文件系统。

yaffs，yaffs2的区别：yaffs按小页访问，yaffs2按大页访问。

yaffs文件系统有一个致命的bug，在开机时会扫描整个磁盘，速度慢，耗时。所以适用于小容量的磁盘（兆级以下的）。

以上是关于系统移植知识点总结的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

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