1、第8章 构建嵌入式Linux系统l =makefile 开始=myprog:foo.o bar.o gcc foo.o bar.o-o myprog foo.o:foo.c foo.h bar.h gcc-c foo.c-o foo.o bar.o:bar.c bar.h gcc-c bar.c-o bar.o =makefile 结束=第8章 构建嵌入式Linux系统l8.1 嵌入式Linux系统的构建流程l8.2 嵌入式Linux系统的组成l8.3 Bootloaderl8.4 Linux内核的裁剪和编译l8.5 根文件系统8.1 嵌入式Linux系统的构建流程l建立开发环境：交叉编译工具
2、，编译环境等l配置开发主机，配置MINICOMl建立引导装载程序bootloaderl下载别人已经移植好的linux操作系统l建立根文件系统l建立应用程序的flash分区l开发应用程序l烧写内核、根文件系统、应用程序l发布产品第8章 构建嵌入式Linux系统l8.1 嵌入式Linux系统的构建流程l8.2 嵌入式Linux系统的组成l8.3 Bootloaderl8.4 Linux内核的裁剪和编译l8.5 根文件系统嵌入式Linux的组成嵌入式Linux由以下三个部分组成为：lBootloader：系统的引导程序l参数：内核启动时所必需的设置参数l内核：系统内核是系统的核心部分，主要负责进程调
3、度，消息处理等。l根文件系统：Linux内核启动后首先需要加载的文件系统。第8章 构建嵌入式Linux系统l8.1 嵌入式Linux系统的构建流程l8.2 嵌入式Linux系统的组成l8.3 Bootloaderl8.4 Linux内核的裁剪和编译l8.5 根文件系统Bootloader程序原理l引导加载程序是系统加电后运行的第一段软件代码。PC机中的引导加载程序由BIOS(其本质就是一段固件程序)和位于硬盘MBR中的OS BootLoader（比如，LILO和GRUB等）一起组成。BIOS在完成硬件检测和资源分配后，将硬盘MBR中的BootLoader读到系统的RAM中，然后将控制权交给OS
4、 BootLoader。BootLoader的主要运行任务就是将内核映象从硬盘上读到 RAM 中，然后跳转到内核的入口点去运行，也即开始启动操作系统。l而在嵌入式系统中，通常并没有像BIOS那样的固件程序，主要使用flash作为系统的存储媒介，很少使用磁盘，整个系统的加载启动任务完全由BootLoader来完成。Bootloader的概念l简单地说，BootLoader就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。l通常，BootLoader是严重地
5、依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式应用。因此，在嵌入式世界里建立一个通用的BootLoader几乎是不可能的。Bootloader的功能l硬件设备的初始化（CPU的主频、SDRM、中断、串口等）l传递内核启动参数l启动内核l与主机进行交互、从串口、USB口或者下载映像文件、并可以对FLASH等存储设备进行管理Bootloader的安装媒介l系统加电或复位后，处理器从某个预先安排的地址上取指令。比如ARM在复位时，从地址0 x00取指。l嵌入式系统通常都有某种类型的固态存储设备（比如：ROM、EPROM或FLASH等），被映射到这个预先安排的地址上，因此在系统加电后，处理器首先执行Bootloa
6、der程序。lBootloader是最先被系统执行的程序嵌入式系统的软件层次结构Bootloader的烧写方式l通过JTAG口l通过以太网口l通过串口Bootloader的控制方式l主机和目标机之间一般通过串口建立连接，Bootloader软件在执行是通常会通过串口来进行通讯，比如：输出打印信息到串口，从串口读取用户控制字符l也可以通过JTAG等其他接口进行通信Bootloader的工作方式l大多数BootLoader都包含两种不同的操作模式。“启动加载”模式 “下载”模式，l这种区别仅对于开发人员才有意义。但从最终用户的角度看，BootLoader的作用就是用来加载操作系统，而并不存在所谓的
7、启动加载模式与下载工作模式的区别。bootloader的引导方式启动加载（Boot Loader）模式：启动加载模式也称为“自主”（Autonomous）模式。在这种情况下，Boot Loader 从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到 RAM 中运行，整个过程并没有用户的介入。下载（Downloading）模式：在下载模式中，目标机上的 Boot Loader 将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机（Host）下载文件。比如：下载应用程序、数据文件、内核映像等 从主机下载的文件通常首先被BootLoader保存到目标机的RAM中然后再被BootLoader写到目标机上的固态存储设备
8、中。嵌入式系统的引导模式l根据所使用的存储介质和开发阶段的不同，可以采用不同的系统引导方式 （1）使用可以固化存储设备：产品化阶段 （2）使用磁盘设备 （3）通过网络引导：调试阶段 内核已下载到FLASH设备或磁盘设备上，通过网络挂装根文件系统。内核和根文件系统均通过网络来获取和安装。Bootloader的典型结构框架l由于 Boot Loader 的实现依赖于 CPU 的体系结构，因此大多数 Boot Loader 都分为 stage1 和 stage2 两大部分。lStage1：依赖于 CPU 体系结构的代码，比如设备初始化代码等，通常都放在 stage1 中，而且通常都用汇编语言来实现，
9、以达到短小精悍的目的。l stage2 则通常用C语言来实现，这样可以实现给复杂的功能，而且代码会具有更好的可读性和可移植性。Boot Loader 的 stage1l Boot Loader 的 stage1 通常包括以下步骤(以执行的先后顺序)：硬件设备初始化。为加载 Boot Loader 的 stage2 准备 RAM 空间。拷贝 Boot Loader 的 stage2 到 RAM 空间中。设置好堆栈。跳转到 stage2 的 C 入口点。Boot Loader 的 stage2 Boot Loader 的 stage2 通常包括以下步骤(以执行的先后顺序)：初始化本阶段要使用到的硬
10、件设备。检测系统内存映射(memory map)。将 kernel 映像和根文件系统映像从 flash 上 读到 RAM 空间中。为内核设置启动参数。调用内核。嵌入式Linux的构建Bootloader的移植的移植几种流行的Lunux BootloaderlU-Boot:较为通用lBLOBlRedBootlVIVI：针对ARM 2410设计 第8章 构建嵌入式Linux系统l8.1 嵌入式Linux系统的构建流程l8.2 嵌入式Linux系统的组成l8.3 Bootloaderl8.4 Linux内核的裁剪和编译l8.5 根文件系统嵌入式Linux的构建pLinux内核配置和编译的流程pLin
11、ux内核配置pLinux内核的编译嵌入式Linux的构建 在嵌入式Linux的构建中，Bootloader和Linux内核一般都有相对成熟的代码。主要的工作有两步：第一步是根据本系统硬件平台的状况进行移植;第二步是采取交叉编译对源代码进行编译，形成运行时需要的映象（Image）文件。第三步是构造根文件系统Linux内核的移植内核的移植 Linux内核的移植内核的移植构造根文件系统 Linux内核的启动并不依赖于根文件系统（rootfs），但是要保证Linux内核的正常运作，还是需要根文件系统的支持。在构建系统的过程中需要为系统生成根文件系统的映像文件，让Linux内核在启动的时候挂接（moun
12、t）根文件系统。Linux终端：命令输入与信息显示Linux内核配置和编译的流程 Linux内核从配置到安装大致有如下步骤：p 配置内核：最常见的命令为 make menuconfigp 建立依赖关系：最常见的命令为 make depp 编译内核：最常见的命令为 make 或 make zImagep 编译内核模块：最常见的命令为 make modulesp 安装内核模块：最常见的命令为 make modules_installp 安装内核：最常见的命令为 make installLinux内核配置和编译的流程 在内核源代码目录下输入“make XXXconfig”等命令之一就可以对内核进行配
13、置：p make config提供了一个命令行界面，然后对每一个内核选项依次询问用户的选择。p make menuconfig提供了一个基于终端curses 的图形界面配置菜单。p make xconfig提供了一个基于GTK 的X Window 图形界面配置菜单。p make oldconfig和make config类似，不过它只提示用户设置之前没有配置过的选项。Linux内核配置和编译的流程 在内核源代码目录下输入“make XXXconfig”等命令之一就可以对内核进行配置：p make config提供了一个命令行界面，然后对每一个内核选项依次询问用户的选择。p make menuc
14、onfig提供了一个基于终端curses 的图形界面配置菜单。p make xconfig提供了一个基于GTK 的X Window 图形界面配置菜单。p make oldconfig和make config类似，不过它只提示用户设置之前没有配置过的选项。make configmake menuconfig make xconfig Linux内核配置 内核都会在配置完后生成一个.config文件，还会产生大量的符号连接和头文件，这些在其余的创建过程中会用到。.config 文件中保存了根据在menuconfig中的选择定义的相应变量，在Linux内核目录下的Makefile文件中将会包含这个文
15、件。重要的内核选项包括：p Code maturity level options（内核成熟级别选项）p Loadable module support（可加载模块支持）p General setup（通用设置）p Memory technology devices（内存技术设备）p Block devices（块设备）p Network device support（网络设备支持）p Character devices（字符设备）p Filesystems（文件系统）p Console drivers（控制台驱动）Linux内核的编译建立内核依赖关系（linux-2.6.x不再需要这个步骤）
16、：#make dep编译内核：#make zImage 或者#make单独地编译内核模块：#make modules 如果编译成功，所生成的内核映像文件将放置在arch/$ARCH/boot目录下，对于ARM 架构来说就是 arch/arm/boot 目录。#make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-menuconfigARCH=arm 表示目标体系架构是ARM CROSS_COMPILE=arm-linux-表示使用arm-linux-gcc来进行编译第8章 构建嵌入式Linux系统l8.1 嵌入式Linux系统的构建流程l8.2 嵌入式Linux系统的组成
17、l8.3 Bootloaderl8.4 Linux内核的裁剪和编译l8.5 根文件系统8.4 根文件系统pLinux下的文件系统p嵌入式Linux的文件系统介绍pLinux的根文件系统文件系统的概念l文件系统是文件存放在磁盘等存储设备上的组织方法。主要体现在对文件和目录的组织上。l目录提供了管理文件的一个方便而有效的途径。我们能够从一个目录切换到另一个目录，而且可以设置目录和文件的权限，设置文件的共享程度。Linux下的文件系统 在UNIX系统中，文件系统是最基本的资源。最初的UNIX文件系统与系统内核紧密关联在一起，这对于升级或者更换文件系统十分不利。分离系统内核和文件系统可以解决这一问题。
18、在系统内核和文件系统之间制定一个标准的接口而实现的，不同文件结构之间可以通过该接口方便地交换数据。Linux正是使用这种方式，在系统内核和文件系统之间提供了一种标准接口VFS（virtual file system，虚拟文件系统）。Linux支持多种文件系统，包括jffs2,yaffs,cramfs,romfs,ramdisk,ramfs/tmpfs等等，为了对各类文件系统进行统一管理，Linux引入了虚拟文件系统VFS(Virtual File System)，为各类文件系统提供一个统一的操作界面和应用编程接口。Linux的根文件系统 Linux 的根文件系统的主要目录：p/bin：包含基本
19、的用户命令工具程序p/sbin：包含基本的系统管理程序p/boot：包含内核映像及启动相关文件p/etc：（excutive time config）包含系统配置文件和脚本p/lib：包含系统库和内核模块p/usr：用户程序及库目录p/home：用户主目录p/root：root 用户主目录p/dev：设备文件目录，目录下的每个文件代表一个设备p/opt：额外软件包所在目录p/mnt：文件系统临时挂装目录p/var：包含运行时改变的文件，例如lock 和log 文件p/proc：内核创建和使用的虚拟文件系统，存放运行时系统信息p/tmp：临时文件目录1.1 文件系统的树状结构文件系统的特性l可写
20、入l可更新：系统重启后保持原先的更改。l掉电可靠性：掉电后可以可靠恢复数据。l可压缩：文件系统的内容可以被压缩，存储时压缩，使用时再解压缩。lRAM启动：使用RAM存放整个文件系统，将该区域作为根文件系统，然后加载到内核中，是基于RAM的文件系统。网络文件系统网络文件系统NFS(Network File System)lNFS是由Sun开发并发展起来的一项在不同机器、不同操作系统之间通过网络共享文件的技术。在嵌入式Linux系统的开发调试阶段，可以利用该技术在主机上建立基于NFS的根文件系统，挂载到嵌入式设备，可以很方便地修改根文件系统的内容。嵌入式Linux的文件系统介绍在嵌入式Linux中
21、，常见的文件系统有以下几种：p EXT2/3（扩展文件系统2/3）p ROMFS（Read Only Memory File System，只读文件系统）p CRAMFS（Compress Read Access Memory File System，压缩只读文件系统）p JFFS2 （Jounaling FlashFilesystem 2，日志文件系统2）p NFS （Net File System，网络文件系统）p YAFFS（Yet Another FlashFile System，另一种FLASH文件系统）Linux下的文件系统文件系统写入可更新掉电可靠性可压缩RAM启动RomfsNoN/AN/ANoNoCRAMFSNoN/AN/AYesNoJFFS2YesYesYesYesNoJFFSYesYesYesNoNoEXT2 over NFTLYesYesNoNoNoEXT3 over NFTLYesYesYesNoNoEXT2 over RAM diskYesNoNoNoYesl作业l 比较Linux下各种文件系统的区别l若有课程结束
