七，移植linux-3.9.9内核

Posted 2020-12-30 爱吃芒果的傻孩子

文档时间：2018-08-18

交叉编译器：arm-linux-gcc-4.3.2

Ubuntu版本：16.04

kernel版本：linux-3.19

 

1，分析 uboot 如何启动内核

通过之前对环境变量保存的分析可知，uboot是通过 bootcmd 来启动内核的，在 include/configs/jz2440.h 中我们有定义：

#define CONFIG_BOOTCOMMAND "nand read 0x30000000 kernel; bootm 0x30000000" //bootcmd  

有以下图片可知：执行 bootcmd 时，会将内核代码从nand 读到内存30000000 处，然后开始执行。 

 由于要执行 bootm 命令，所以我们需要打开与 bootm 命令相关的文件进行分析，从名字可知，需要打开 cmd_bootm.c (位于 common 目录下)文件，找到对应的 do_bootm 函数：

(PS：一般与 xxx 命令相关的文件都在 common 目录下，名为cmd_xxx.c)

如上图，可以看出，do_bootm 会执行 boot_os 里的所有函数，进入到 boot_os 结构体中：

发现，虽然函数很多，但是与启动内核有关的只有 do_bootm_linux 函数，进入到 do_bootm_linux 函数 (位于 arch/arm/lib/bootm.c 文件中)：

发现 do_bootm_linux 函数最终会 跳转执行 boot_prep_linux 和 boot_jump_linux 函数，首先分析 boot_prep_linux 函数(位于 bootm.c 文件中)：

static void boot_prep_linux(bootm_headers_t *images)
{
    char *commandline = getenv("bootargs");　　　　　　//从环境变量中获取 bootargs 的值

　　。。。。。。。
        setup_board_tags(&params);　　　　　　
        setup_end_tag(gd->bd);　　　　//将 tag 参数保存在指定位置
    } else {
        printf("FDT and ATAGS support not compiled in - hanging\\n");
        hang();
    }
    do_nonsec_virt_switch();
}

 从代码可以看出来，boot_prep_linux，主要功能是将 tag 参数保存到指定位置，比如 bootargs 环境变量 tag，串口 tag，接下来分析 boot_jump_linux 函数(位于 bootm.c 文件中)：

static void boot_jump_linux(bootm_headers_t *images, int flag)
{
    unsigned long machid = gd->bd->bi_arch_number;　　　　　　//获取机器id (在 board/samsung/jz2440/jz2440.c 中设置，为 MACH_TYPE_SMDK2410(193))
    char *s;
    void (*kernel_entry)(int zero, int arch, uint params);
    unsigned long r2;
    int fake = (flag & BOOTM_STATE_OS_FAKE_GO);

    kernel_entry = (void (*)(int, int, uint))images->ep;　　　　//获取 kernel的入口地址，此处应为 30000000

    s = getenv("machid");　　　　　　　　//从环境变量里获取机器id　(本例中还未在环境变量里设置过机器 id)
    if (s) {　　　　　　　　　　　　//判断环境变量里是否设置机器id
        strict_strtoul(s, 16, &machid);　　　　//如果设置则用环境变量里的机器id
        printf("Using machid 0x%lx from environment\\n", machid);
    }

    debug("## Transferring control to Linux (at address %08lx)" \\
        "...\\n", (ulong) kernel_entry);
    bootstage_mark(BOOTSTAGE_ID_RUN_OS);
    announce_and_cleanup(fake);

    if (IMAGE_ENABLE_OF_LIBFDT && images->ft_len)
        r2 = (unsigned long)images->ft_addr;
    else
        r2 = gd->bd->bi_boot_params;　　　　//获取 tag参数地址，gd->bd->bi_boot_params在 setup_start_tag 函数里设置

if (!fake) kernel_entry(0, machid, r2); }　　//进入内核

通过分析可以看出，最终进入内核的函数为 ：

kernel_entry(0, machid, r2)

该函数向内核传递了三个参数，分别为：

(1)，0　　(2)，机器id　　(3)，参数列表地址，即 tag 地址

 到此 uboot 的任务就结束了，接下来内核代码便开始执行

 

2，移植 kernel-3.19

1），下载 3.19内核源码

下载地址为：https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/，然后拷贝到 Ubuntu 中(可以用FileZilla Client工具拷贝)，输入以下命令进行解压：

tar -zxvf linux-3.19.tar.gz 

2），Linux 内核目录结构

目录名	描述
arch	体系结构相关的代码，对于么个架构的CPU，arch 目录下都有一个对应的子目录，如 arch/arm/、arch/x86等
block	块设备相关的通用函数
crypto	常用加密和散列算法(如 AES、SHA等)，还有一些压缩和CRC校验算法
drivers	所有的设备驱动程序，里面每一个子目录对应一类驱动程序，比如 drivers/block/ 为块设备驱动程序，drivers/char/为字符设备驱动程序， drivers/mtd/为nor flash、nand flash 等存储设备的驱动程序
firmware	设备相关的固件程序
fs	Linux 支持的文件系统的代码，每个子目录对应一种文件系统，比如 fs/jffs2/、fs/ext2/、fs/ext4/等
include	内核头文件，有基本头文件(存放在 include/linux/目录下)、各种驱动或功能部件的头文件(如 include/media/、include/video/、include/net等)、 各种体系相关的头文件(如 include/asm-generic/等)
init	内核的初始化代码(不是系统的引导代码)，其中的 main.c 文件中的 start_kernel 函数是内核引导后运行的第一个函数
ipc	进程间通信的代码
kernel	内核管理的核心代码
lib	内核用到的一些库函数代码，如 crc32.c、string.c、shal.c等
mm	内存管理代码
net	网络支持代码，每个子目录对应子网络的一个方面
samples	一些示例程序，如断点调试，功能测试等
scripts	用于配置、编译内核的脚本文件
security	安全、密钥相关的代码
sound	音频设备驱动程序
tools	工具类代码，比如 USB 传输等，通常会将 u-boot 下生成的mkimage工具放到此目录下，同事修改Linux的Makefile支持生成uImage
usr	一般不会用到
virt	一般不会用到
Documentation	Linux内核的使用帮助文档

 

3），配置，编译内核

 修改顶层的 Makefile，打开 Makefile 文件，找到下面语句：

ARCH        ?= $(SUBARCH)
CROSS_COMPILE    ?= $(CONFIG_CROSS_COMPILE:"%"=%)

修改为：

ARCH        ?= arm
CROSS_COMPILE    ?= arm-linux-

然后选择默认配置，单板的默认配置文件在 arch/arm/configs 目录下，由于没有2440相关的默认配置，所以我们选择比较相近的 2410 的配置，选择s3c2410 和mini2410 都可以，这里我们选择 s3c2410_defconfig，在linux-3.19 目录下输入以下命令编译内核：

make s3c2410_defconfig
make uImage

出现如下错误：

说明缺少 mkimage ，有两种解决办法：(1)，利用uboot生成mkimage工具，然后拷贝到/usr/bin 目录下 (2)，输入 sudo apt-get install u-boot-tools 命令在线安装，本文选择第二种方法，输入命令：

sudo apt-get install u-boot-tools

 然后 make uImage 编译内核，编译成功，在 arch/arm/boot 目录下生成 uImage，将生成的 uImage 烧写到板子上，然后启动内核：

tftp 30000000 uImage
bootm 30000000

发现程序卡死在 booting the kernel，查找问题，在 Ubuntu 中输入命令 make menuconfig 进入可视化配置界面，发现出现如下错误：

缺少 curses.h 文件，在网上查找原因发现是因为缺少一个套件 ncurses devel，把此套件安装下来即可，输入以下命令进行安装：

apt-get install libncurses5-dev

然后就可以使用make menuconfig 进入可视化配置界面，发现在可视化配置界面中串口选项已经配置，继续查找问题，发现可能是机器id 不匹配，在 uboot 下输入 print machid，显示如下错误：

说明环境变量中未定义机器 id，所以启动失败(因为在内核自解压完成以后内核会首先会进入 bl      __lookup_machine_type函数(在arch/arm/kernel/head.S中)，检查machine_type是否匹配，如果不匹配会跳入__error_a函数(在arch/arm/kernel/head-common.S中)，导致启动失败)，我们先随便设置一个 id，如下所示：

set machid 123456

 然后再启动内核，打印如下：

 

可以发现我们随便设置的机器id并没有被支持，内核打印出来所支持的机器id，与2440有关的有：MINI2440(7CF)，SMDK2440(16A)，我们先把机器id设置为 0x7cf：

set machid 0x7cf
save

然后启动内核，打印如下：

打印乱码，怀疑可能是波特率不对，在之前设置的 bootargs 参数里加上波特率：

set bootargs noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0,115200
save

然后下载启动内核，发现可以正常启动，说明内核支持MINI2440机器id 可用，接下来把机器id修改为 0x16a：

set machid 0x16a
save

 然后下载启动内核，打印如下：

打印乱码，由于之前我们已经设置过波特率，所以出现乱码可能是时钟设置不对，打开 mach-smdk2440.c (位于arch/arm/mach-s3c24xx目录下)文件，定位到如下位置：

可见设置时钟时用的是16934400，而我们板子用的晶振是 12M，所以修改代码如下(红色部分为修改代码)：

static void __init smdk2440_init_time(void)
{
    s3c2440_init_clocks(12000000);
    samsung_timer_init();
}

 在Ubuntu 下输入 make uImage 重新编译，然后烧写测试，打印信息如下：

说明内核启动正常，但是未能成功挂载文件系统，原因是我们在uboot中设置了4个分区，把文件系统放在了 block3上，而如上图内核设置了8个分区，因此不可能挂载成功

 3），修改内核分区

搜索 S3C2410 flash partition 1 字段，找到：

打开 arch/arm/mach-s3c24xx/common-smdk.c 文件，并定位到119行，仿照uboot的分区，修改代码如下：

static struct mtd_partition smdk_default_nand_part[] = {    //changed by zhyy
    [0] = {
        .name    = "u-boot",
        .size    = SZ_512K,
        .offset    = 0,
    },
    [1] = {
        .name    = "params",
        .offset = MTDPART_OFS_APPEND,
        .size    = SZ_128K,
    },
    [2] = {
        .name    = "kernel",
        .offset = MTDPART_OFS_APPEND,
        .size    = SZ_4M,
    },
    [3] = {
        .name    = "rootfs",
        .offset    = MTDPART_OFS_APPEND,
        .size    = MTDPART_SIZ_FULL,
    },
};

上面部分宏的定义位于 include/linux/mtd/partitions.h 文件中，如下所示：

#define MTDPART_OFS_RETAIN    (-3)
#define MTDPART_OFS_NXTBLK    (-2)
#define MTDPART_OFS_APPEND    (-1)
#define MTDPART_SIZ_FULL    (0)

 如果设置的是MINI2440的机器id，则需要将mach-mini2440.c 文件中的分区改成与上面一样，代码如下所示：

static struct mtd_partition mini2440_default_nand_part[] __initdata = {
        [0] = {
        .name    = "u-boot",
        .size    = SZ_512K,
        .offset    = 0,
    },
    [1] = {
        .name    = "params",
        .offset = MTDPART_OFS_APPEND,
        .size    = SZ_128K,
    },
    [2] = {
        .name    = "kernel",
        .offset = MTDPART_OFS_APPEND,
        .size    = SZ_4M,
    },
    [3] = {
        .name    = "rootfs",
        .offset    = MTDPART_OFS_APPEND,
        .size    = MTDPART_SIZ_FULL,
    },
};

修改完之后，编译内核，烧写新内核，烧写板子自带的 .jffs2 和 .yaffs2文件系统，看看能否挂接成功，命令如下：

烧写新内核：

tftp 30000000 uImage
nand erase.part kernel
nand write 30000000 kernel

烧写.jffs2 文件系统：

tftp 30000000 fs_mini_mdev.jffs2
nand erase.part rootfs
nand write.jffs2 30000000 4a0000 $filesize 

 运行.jffs2 文件系统要重新设置 bootargs：

set bootargs noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0,115200 rootfstype=jffs2

 烧写.yaffs2文件系统：

tftp 30000000 fs_mini_mdev.yaffs2
nand erase.part rootfs
nand write.yaffs 30000000 4a0000 $filesize 
set bootargs noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0,115200 rootfstype=yaffs2

运行结果是，可以正常运行.jffs2 文件系统，不能运行 .yaffs2 文件系统，原因是当前内核不支持yaffs文件系统，下一节移植yaffs2 文件系统

如果在运行.jffs2 文件系统是出现以下错误：

exitcode=0x00000004

则需要执行 make menuconfig，在kernel feature中增加以下选项：