在眾多嵌入式操作系統(tǒng)中，Linux目前發(fā)展最快、應用最為廣泛。性能優(yōu)良、源碼開放的Linux具有體積小、內(nèi)核可裁減、網(wǎng)絡(luò)功能完善、可移植性強等諸多優(yōu)點，非常適合作為嵌入式操作系統(tǒng)。一個最基本的Linux操作系統(tǒng)應該包括：引導程序、內(nèi)核與根文件系統(tǒng)三部分。

　　嵌入式Linux系統(tǒng)移植主要由四大部分組成：

　　一、搭建交叉開發(fā)環(huán)境

　　二、bootloader的選擇和移植

　　三、kernel的配置、編譯、和移植

　　四、根文件系統(tǒng)的制作

　　第一部分：搭建交叉開發(fā)環(huán)境

　　先介紹第一分部的內(nèi)容：搭建交叉開發(fā)環(huán)境，首先必須得思考兩個問題，什么是交叉環(huán)境？ 為什么需要搭建交叉環(huán)境？

　　先回答第一個問題，在嵌入式開發(fā)中，交叉開發(fā)是很重要的一個概念，開發(fā)的第一個環(huán)節(jié)就是搭建環(huán)境，第一步不能完成，后面的步驟從無談起，這里所說的交叉開發(fā)環(huán)境主要指的是：在開發(fā)主機上（通常是我的pc機）開發(fā)出能夠在目標機（通常是我們的開發(fā)板）上運行的程序。嵌入式比較特殊的是不能在目標機上開發(fā)程序（狹義上來說），因為對于一個原始的開發(fā)板，在沒有任何程序的情況下它根本都跑不起來，為了讓它能夠跑起來，我們還必須要借助pc機進行燒錄程序等相關(guān)工作，開發(fā)板才能跑起來，這里的pc機就是我們說的開發(fā)主機，想想如果沒有開發(fā)主機，我們的目標機基本上就是無法開發(fā)，這也就是電子行業(yè)的一句名言：搞電子，說白了，就是玩電腦！

　　然后回答第二個問題，為什么需要交叉開發(fā)環(huán)境？主要原因有以下幾點：

　　原因1：嵌入式系統(tǒng)的硬件資源有很多限制，比如cpu主頻相對較低，內(nèi)存容量較小等，想想讓幾百MHZ主頻的MCU去編譯一個Linux kernel會讓我們等的不耐煩，相對來說，pc機的速度更快，硬件資源更加豐富，因此利用pc機進行開發(fā)會提高開發(fā)效率。

　　原因2：嵌入式系統(tǒng)MCU體系結(jié)構(gòu)和指令集不同，因此需要安裝交叉編譯工具進行編譯，這樣編譯的目標程序才能夠在相應的平臺上比如：ARM、MIPS、 POWEPC上正常運行。

　　交叉開發(fā)環(huán)境的硬件組成主要由以下幾大部分：

　　1.開發(fā)主機

　　2.目標機（開發(fā)板）

　　3.二者的鏈接介質(zhì)，常用的主要有3中方式：（1）串口線 （2）USB線 （3）網(wǎng)線

　　對應的硬件介質(zhì)，還必須要有相應的軟件“介質(zhì)”支持：

　　1.對于串口，通常用的有串口調(diào)試助手，putty工具等，工具很多，功能都差不多，會用一兩款就可以；

　　2.對于USB線，當然必須要有USB的驅(qū)動才可以，一般芯片公司會提供，比如對于三星的芯片，USB下載主要由DNW軟件來完成；

　　3.對于網(wǎng)線，則必須要有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持才可以，常用的服務主要兩個

　　第一：tftp服務：

　　主要用于實現(xiàn)文件的下載，比如開發(fā)調(diào)試的過程中，主要用tftp把要測試的bootloader、kernel和文件系統(tǒng)直接下載到內(nèi)存中運行，而不需要預先燒錄到Flash芯片中，一方面，在測試的過程中，往往需要頻繁的下載，如果每次把這些要測試的文件都燒錄到Flash中然后再運行也可以，但是缺點是：過程比較麻煩，而且Flash的擦寫次數(shù)是由限的；另外一方面：測試的目的就是把這些目標文件加載到內(nèi)存中直接運行就可以了，而tftp就剛好能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的功能，因此，更沒有必要把這些文件都燒錄到Flash中去

　　第二：nfs服務：

　　主要用于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)文件的掛載，實際上是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)文件的共享，在開發(fā)的過程中，通常在系統(tǒng)移植的最后一步會制作文件系統(tǒng)，那么這是可以把制作好的文件系統(tǒng)放置在我們開發(fā)主機PC的相應位置，開發(fā)板通過nfs服務進行掛載，從而測試我們制作的文件系統(tǒng)是否正確，在整個過程中并不需要把文件系統(tǒng)燒錄到Flash中去，而且掛載是自動進行掛載的，bootload啟動后，kernel運行起來后會根據(jù)我們設(shè)置的啟動參數(shù)進行自動掛載，因此，對于開發(fā)測試來講，這種方式非常的方便，能夠提高開發(fā)效率。

　　另外，還有一個名字叫samba的服務也比較重要，主要用于文件的共享，這里說的共享和nfs的文件共享不是同一個概念，nfs的共享是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)文件的共享，而samba實現(xiàn)的是開發(fā)主機上Windows主機和Linux虛擬機之間的文件共享，是一種跨平臺的文件共享，方便的實現(xiàn)文件的傳輸。

　　以上這幾種開發(fā)的工具在嵌入式開發(fā)中是必備的工具，對于嵌入式開發(fā)的效率提高做出了偉大的貢獻，因此，要對這幾個工具熟練使用，這樣你的開發(fā)效率會提高很多。等測試完成以后，就會把相應的目標文件燒錄到Flash中去，也就是等發(fā)布產(chǎn)品的時候才做的事情，因此對于開發(fā)人員來說，所有的工作永遠是測試。

　　通過前面的工作，我們已經(jīng)準備好了交叉開發(fā)環(huán)境的硬件部分和一部分軟件，最后還缺少交叉編譯器，讀者可能會有疑問，為什么要用交叉編譯器？前面已經(jīng)講過，交叉開發(fā)環(huán)境必然會用到交叉編譯工具，通俗地講就是在一種平臺上編譯出能運行在體系結(jié)構(gòu)不同的另一種平臺上的程序，開發(fā)主機PC平臺（X86 CPU）上編譯出能運行在以ARM為內(nèi)核的CPU平臺上的程序，編譯得到的程序在X86 CPU平臺上是不能運行的，必須放到ARM CPU平臺上才能運行，雖然兩個平臺用的都是Linux系統(tǒng)。相對于交叉編譯，平常做的編譯叫本地編譯，也就是在當前平臺編譯，編譯得到的程序也是在本地執(zhí)行。用來編譯這種跨平臺程序的編譯器就叫交叉編譯器，相對來說，用來做本地編譯的工具就叫本地編譯器。所以要生成在目標機上運行的程序，必須要用交叉編譯工具鏈來完成。

　　這里又有一個問題，不就是一個交叉編譯工具嗎？為什么又叫交叉工具鏈呢？原因很簡單，程序不能光編譯一下就可以運行，還得進行匯編和鏈接等過程，同時還需要進行調(diào)試，對于一個很大工程，還需要進行工程管理等等，所以，這里 說的交叉編譯工具是一個由編譯器、連接器和解釋器組成的綜合開發(fā)環(huán)境，交叉編譯工具鏈主要由binutils（主要包括匯編程序as和鏈接程序ld）、gcc（為GNU系統(tǒng)提供C編譯器）和glibc（一些基本的C函數(shù)和其他函數(shù)的定義） 3個部分組成。有時為了減小libc庫的大小，也可以用別的 c 庫來代替 glibc，例如 uClibc、dietlibc 和 newlib。

　　那么，如何得到一個交叉工具鏈呢？是從網(wǎng)上下載一個“程序”然后安裝就可以使用了嗎？回答這個問題之前先思考這樣一個問題，我們的交叉工具鏈顧名思義就是在PC機上編譯出能夠在我們目標開發(fā)平臺比如ARM上運行的程序，這里就又有一個問題了，我們的ARM處理器型號非常多，難道有專門針對我們某一款的交叉工具鏈嗎？若果有的話，可以想一想，這么多處理器平臺，每個平臺專門定制一個交叉工具鏈放在網(wǎng)絡(luò)上，然后供大家去下載，想想可能需要找很久才能找到適合你的編譯器，顯然這種做法不太合理，且浪費資源！因此，要得到一個交叉工具鏈，就像我們移植一個Linux內(nèi)核一樣，我們只關(guān)心我們需要的東西，編譯我們需要的東西在我們的平臺上運行，不需要的東西我們不選擇不編譯，所以，交叉工具鏈的制作方法和系統(tǒng)移植有著很多相似的地方，也就是說，交叉開發(fā)工具是一個支持很多平臺的工具集的集合（類似于Linux源碼），然后我們只需從這些工具集中找出跟我們平臺相關(guān)的工具就行了，那么如何才能找到跟我們的平臺相關(guān)的工具，這就是涉及到一個如何制作交叉工具鏈的問題了。

　　通常構(gòu)建交叉工具鏈有如下三種方法：

　　方法一 ：分步編譯和安裝交叉編譯工具鏈所需要的庫和源代碼，最終生成交叉編譯工具鏈。該方法相對比較困難，適合想深入學習構(gòu)建交叉工具鏈的讀者。如果只是想使用交叉工具鏈，建議使用下列的方法二構(gòu)建交叉工具鏈。

　　方法二： 通過Crosstool-ng腳本工具來實現(xiàn)一次編譯，生成交叉編譯工具鏈，該方法相對于方法一要簡單許多，并且出錯的機會也非常少，建議大多數(shù)情況下使用該方法構(gòu)建交叉編譯工具鏈。

　　方法三 ：直接通過網(wǎng)上下載已經(jīng)制作好的交叉編譯工具鏈。該方法的優(yōu)點不用多說，當然是簡單省事，但與此同時該方法有一定的弊端就是局限性太大，因為畢竟是別人構(gòu)建好的，也就是固定的，沒有靈活性，所以構(gòu)建所用的庫以及編譯器的版本也許并不適合你要編譯的程序，同時也許會在使用時出現(xiàn)許多莫名其妙的錯誤，建議讀者慎用此方法。

　　crosstool-ng是一個腳本工具，可以制作出適合不同平臺的交叉編譯工具鏈，在進行制作之前要安裝一下軟件：

　　$ sudo apt-get install g++ libncurses5-dev bison flex texinfo automake libtool patch gcj cvs cvsd gawk

　　crosstool腳本工具可以在http://ymorin.is-a-geek.org/projects/crosstool下載到本地，然后解壓，接下來就是進行安裝配置了，這個配置優(yōu)點類似內(nèi)核的配置。主要的過程有以下幾點：

　　1. 設(shè)定源碼包路徑和交叉編譯器的安裝路徑

　　2. 修改交叉編譯器針對的構(gòu)架修改交叉編譯器針對的構(gòu)架

　　3. 增加編譯時的并行進程數(shù)，以增加運行效率，加快編譯，因為這個編譯會比較慢。

　　4. 關(guān)閉JAVA編譯器 ，減少編譯時間

　　5. 編譯

　　6. 添加環(huán)境變量

　　7. 刷新環(huán)境變量。

　　8. 測試交叉工具鏈

　　到此，嵌入式Linux系統(tǒng)移植四大部分的第一部分工作全部完成，接下來可以進行后續(xù)的開發(fā)了。

　　第二部分：bootloader的選擇和移植

　　一、Boot Loader 概念

　　就是在操作系統(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(shè)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，他就是所謂的引導加載程序（Boot Loader）。

　　

　　二、為什么系統(tǒng)移植之前要先移植BootLoader？

　　BootLoader的任務是引導操作系統(tǒng)，所謂引導操作系統(tǒng)，就是啟動內(nèi)核，讓內(nèi)核運行就是把內(nèi)核加載到內(nèi)存RAM中去運行，那先問兩個問題：第一個問題，是誰把內(nèi)核搬到內(nèi)存中去運行？第二個問題：我們說的內(nèi)存是SDRAM，大家都知道，這種內(nèi)存和SRAM不同，最大的不同就是SRAM只要系統(tǒng)上電就可以運行，而SDRAM需要軟件進行初始化才能運行，那么在把內(nèi)核搬運到內(nèi)存運行之前必須要先初始化內(nèi)存吧，那么內(nèi)存是由誰來初始化的呢？其實這兩件事情都是由bootloader來干的，目的是為內(nèi)核的運行準備好軟硬件環(huán)境，沒有bootloadr我們的系統(tǒng)當然不能跑起來。

　　三、bootloader的分類。

　　首先更正一個錯誤的說法，很多人說bootloader就是U-boot，這種說法是錯誤的，確切來說是u-boot是bootloader的一種。也就是說bootloader具有很多種類，大概的分類如下圖所示：

　　由上圖可以看出，不同的bootloader具有不同的使用范圍，其中最令人矚目的就是有一個叫U-Boot的bootloader，是一個通用的引導程序，而且同時支持X86、ARM和PowerPC等多種處理器架構(gòu)。U-Boot，全稱 Universal Boot Loader，是遵循GPL條款的開放源碼項目，是由德國DENX小組開發(fā)的用于多種嵌入式CPU的bootloader程序，對于Linux的開發(fā)，德國的u-boot做出了巨大的貢獻，而且是開源的。

　　u-boot具有以下特點：

　　① 開放源碼；

　　② 支持多種嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核，如Linux、NetBSD， VxWorks， QNX， RTEMS， ARTOS， LynxOS；

　　③ 支持多個處理器系列，如PowerPC、ARM、x86、MIPS、XScale；

　　④ 較高的可靠性和穩(wěn)定性；

　　⑤ 高度靈活的功能設(shè)置，適合U-Boot調(diào)試、操作系統(tǒng)不同引導要求、產(chǎn)品發(fā)布等；

　　⑥ 豐富的設(shè)備驅(qū)動源碼，如串口、以太網(wǎng)、SDRAM、FLASH、LCD、NVRAM、EEPROM、RTC、鍵盤等；

　　⑦ 較為豐富的開發(fā)調(diào)試文檔與強大的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持；

　　其實，把u-boot可以理解為是一個小型的操作系統(tǒng)。

　　四、u-boot的目錄結(jié)構(gòu)

　　* board 目標板相關(guān)文件，主要包含SDRAM、FLASH驅(qū)動；

　　* common 獨立于處理器體系結(jié)構(gòu)的通用代碼，如內(nèi)存大小探測與故障檢測；

　　* cpu 與處理器相關(guān)的文件。如mpc8xx子目錄下含串口、網(wǎng)口、LCD驅(qū)動及中斷初始化等文件；

　　* driver 通用設(shè)備驅(qū)動，如CFI FLASH驅(qū)動（目前對INTEL FLASH支持較好）

　　* doc U-Boot的說明文檔；

　　* examples可在U-Boot下運行的示例程序；如hello_world.c，timer.c；

　　* include U-Boot頭文件；尤其configs子目錄下與目標板相關(guān)的配置頭文件是移植過程中經(jīng)常要修改的文件；

　　* lib_xxx 處理器體系相關(guān)的文件，如lib_ppc， lib_arm目錄分別包含與PowerPC、ARM體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的文件；

　　* net 與網(wǎng)絡(luò)功能相關(guān)的文件目錄，如bootp，nfs，tftp；

　　* post 上電自檢文件目錄。尚有待于進一步完善；

　　* rtc RTC驅(qū)動程序；

　　* tools 用于創(chuàng)建U-Boot S-RECORD和BIN鏡像文件的工具；

　　五、u-boot的工作模式

　　U-Boot的工作模式有啟動加載模式和下載模式。啟動加載模式是Bootloader的正常工作模式，嵌入式產(chǎn)品發(fā)布時，Bootloader必須工作在這種模式下，Bootloader將嵌入式操作系統(tǒng)從FLASH中加載到SDRAM中運行，整個過程是自動的。下載模式就是Bootloader通過某些通信手段將內(nèi)核映像或根文件系統(tǒng)映像等從PC機中下載到目標板的SDRAM中運行，用戶可以利用Bootloader提供的一些令接口來完成自己想要的操作，這種模式主要用于測試和開發(fā)。

　　六、u-boot的啟動過程

　　大多數(shù)BootLoader都分為stage1和stage2兩大部分，U-boot也不例外。依賴于cpu體系結(jié)構(gòu)的代碼（如設(shè)備初始化代碼等）通常都放在stage1且可以用匯編語言來實現(xiàn)，而stage2則通常用C語言來實現(xiàn)，這樣可以實現(xiàn)復雜的功能，而且有更好的可讀性和移植性。

　　1、 stage1（start.s代碼結(jié)構(gòu)）

　　U-boot的stage1代碼通常放在start.s文件中，它用匯編語言寫成，其主要代碼部分如下：

　　（1） 定義入口。由于一個可執(zhí)行的image必須有一個入口點，并且只能有一個全局入口，通常這個入口放在rom（Flash）的0x0地址，因此，必須通知編譯器以使其知道這個入口，該工作可通過修改連接器腳本來完成。

　　（2）設(shè)置異常向量（exception vector）。

　　（3）設(shè)置CPU的速度、時鐘頻率及中斷控制寄存器。

　　（4）初始化內(nèi)存控制器 。

　　（5）將rom中的程序復制到ram中。

　　（6）初始化堆棧 。

　　（7）轉(zhuǎn)到ram中執(zhí)行，該工作可使用指令ldrpc來完成。

　　2、 stage2（C語言代碼部分）

　　lib_arm/board.c中的start armboot是C語言開始的函數(shù)，也是整個啟動代碼中C語言的主函數(shù)，同時還是整個u-boot（armboot）的主函數(shù)，該函數(shù)主要完成如下操作：

　　（1）調(diào)用一系列的初始化函數(shù)。

　　（2）初始化flash設(shè)備。

　　（3）初始化系統(tǒng)內(nèi)存分配函數(shù)。

　　（4）如果目標系統(tǒng)擁有nand設(shè)備，則初始化nand設(shè)備。

　　（5）如果目標系統(tǒng)有顯示設(shè)備，則初始化該類設(shè)備。

　　（6）初始化相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，填寫ip，c地址等。

　　（7）進入命令循環(huán)（即整個boot的工作循環(huán)），接受用戶從串口輸入的命令，然后進行相應的工作。

　　七、基于cortex-a8的s5pc100bootloader啟動過程分析

　　s5pc100支持兩種啟動方式，分別為USB啟動方式和NandFlash啟動方式：

　　1. S5PC100 USB啟動過程

　　［1］ A8 reset， 執(zhí)行iROM中的程序

　　［2］ iROM中的程序根據(jù)S5PC100的配置管腳（SW1開關(guān)4，撥到4對面），判斷從哪里啟動（USB）

　　［3］ iROM中的程序會初始化USB，然后等待PC機下載程序

　　［4］ 利用DNW程序，從PC機下載SDRAM的初始化程序到iRAM中運行，初始化SDRAM

　　［5］ SDRAM初始化完畢，iROM中的程序繼續(xù)接管A8， 然后等待PC下載程序（BootLoader）

　　［6］ PC利用DNW下載BootLoader到SDRAM

　　［7］ 在SDRAM中運行BootLoader

　　2. S5PC100 Nandflash啟動過程

　　［1］ A8 reset， 執(zhí)行IROM中的程序

　　［2］ iROM中的程序根據(jù)S5PC100的配置管腳（SW1開關(guān)4，撥到靠4那邊），判斷從哪里啟動（Nandflash）

　　［3］ iROM中的程序驅(qū)動Nandflash

　　［4］ iROM中的程序會拷貝Nandflash前16k到iRAM

　　［5］ 前16k的程序（BootLoader前半部分）初始化SDRAM，然后拷貝完整的BootLoader到SDRAM并運行

　　［6］ BootLoader拷貝內(nèi)核到SDRAM，并運行它

　　［7］ 內(nèi)核運行起來后，掛載rootfs，并且運行系統(tǒng)初始化腳本

　　八、u-boot移植（基于cortex_a8的s5pc100為例）

　　1.建立自己的平臺

　　（1）下載源碼包2010.03版本，比較穩(wěn)定

　　（2）解壓后添加我們自己的平臺信息，以smdkc100為參考版，移植自己s5pc100的開發(fā)板

　　（3）修改相應目錄的文件名，和相應目錄的Makefile，指定交叉工具鏈。

　　（4）編譯

　　（5）針對我們的平臺進行相應的移植，主要包括修改SDRAM的運行地址，從0x20000000

　　（6）“開關(guān)”相應的宏定義

　　（7）添加Nand和網(wǎng)卡的驅(qū)動代碼

　　（8）優(yōu)化go命令

　　（9）重新編譯 make distclean（徹底刪除中間文件和配置文件） make s5pc100_config（配置我們的開發(fā)板） make（編譯出我們的u-boot.bin鏡像文件）

　　（10）設(shè)置環(huán)境變量，即啟動參數(shù)，把編譯好的u-boot下載到內(nèi)存中運行，過程如下：

　　1. 配置開發(fā)板網(wǎng)絡(luò)

　　ip地址配置：

　　$setenv ipaddr 192.168.0.6 配置ip地址到內(nèi)存的環(huán)境變量

　　$saveenv 保存環(huán)境變量的值到nandflash的參數(shù)區(qū)

　　網(wǎng)絡(luò)測試：

　　在開發(fā)開發(fā)板上ping虛擬機：

　　$ ping 192.168.0.157（虛擬機的ip地址）

　　如果網(wǎng)絡(luò)測試失敗，從下面幾個方面檢查網(wǎng)絡(luò)：

　　1. 網(wǎng)線連接好

　　2. 開發(fā)板和虛擬機的ip地址是否配置在同一個網(wǎng)段

　　3. 虛擬機網(wǎng)絡(luò)一定要采用橋接（VM--Setting--》option）

　　4. 連接開發(fā)板時，虛擬機需要設(shè)置成靜態(tài)ip地址

　　2. 在開發(fā)板上，配置tftp服務器（虛擬機）的ip地址

　　$setenv serverip 192.168.0.157（虛擬機的ip地址）

　　$saveenv

　　3. 拷貝u-boot.bin到/tftpboot（虛擬機上的目錄）

　　4. 通過tftp下載u-boot.bin到開發(fā)板內(nèi)存

　　$ tftp 20008000（內(nèi)存地址即可） u-boot.bin（要下載的文件名）

　　如果上面的命令無法正常下載：

　　1. serverip配置是否正確

　　2. tftp服務啟動失敗，重啟tftp服務

　　#sudo service tftpd-hpa restart

　　5. 燒寫u-boot.bin到nandflash的0地址

　　$nand erase 0（起始地址） 40000（大小） 擦出nandflash 0 - 256k的區(qū)域

　　$nand write 20008000（（緩存u-boot.bin的內(nèi)存地址） 0（nandflash上u-boot的位置） 40000（燒寫大小）

　　6. 切換開發(fā)板的啟動方式到nandflash

　　1. 關(guān)閉開發(fā)板

　　2. 把SW1的開關(guān)4撥到4的那邊

　　3. 啟動開發(fā)板，它就從nandflash啟動

　　第三部分：kernel的配置、編譯、和移植

　　一、將下載好的linux-2.6.35.tar.bz2拷貝到主目錄下解壓

　　二、修改頂層目錄下的Makefile，主要修改平臺的體系架構(gòu)和交叉編譯器，代碼如下：

　　ARCH ？= $（SUBARCH）

　　CROSS_COMPILE ？=

　　CROSS_COMPILE ？= $（CONFIG_CROSS_COMPILE：“%”=%）

　　修改以上代碼為：

　　ARCH ？= arm ----》體系架構(gòu)是arm架構(gòu)

　　CROSS_COMPILE ？= arm-cortex_a8-linux-gnueabi- ----》交叉編譯器是arm-cortex_a8平臺的

　　注意：這兩個變量值會直接影響頂層Makefile的編譯行為，即選擇編譯哪些代碼，用什么編譯器進行編譯。

　　三、拷貝標準版配置文件，目的是得到跟我們開發(fā)板相關(guān)的配置信息。

　　$ cp arch/arm/configs/s5pc100_defconfig .config

　　這里拷貝arch/arm/configs/s5pc100_defconfig到 .config文件是選取跟我們開發(fā)板相關(guān)的代碼。因為Linux支持的平臺非常非常多，不僅僅是ARM處理器，當然我們編譯的時候只需要編譯跟我們平臺相關(guān)的代碼就可以了，平臺相關(guān)的不需要編譯，那么就有個問題，Linux系統(tǒng)中的源代碼文件有一萬多以個，面對這么龐大的文件數(shù)量，我們?nèi)绾稳ミx擇呢？

　　其實，我們擔心的問題也是寫操作系統(tǒng)的那哥們早就擔心過的問題了，只不過人家已經(jīng)把這個問題幫我們解決了，我們只需進行很簡單的操作，就可以選擇出我們要編譯的代碼，具體的方法就是把相應平臺的_deconfig直接拷貝到頂層目錄的.config文件中，這樣.config文件中就記錄了我們要移植平臺的平臺信息，因為在配置內(nèi)核時，系統(tǒng)會把所有的配置信息都保存在頂層目錄的.config文件中。注意在第一次，進行make menuconfig時，系統(tǒng)會根據(jù)我們選取的平臺信息自動選取相關(guān)的代碼和模塊，因此我們只需要進入然后再退出，選擇保存配置信息就行了，系統(tǒng)會把這些跟我們移植平臺相關(guān)的所有配置信息全部保存在頂層目錄的.config文件中。

　　四、配置內(nèi)核

　　$make menuconfig

　　注意：第一次進去，不做任何操作，直接推出，在推出時提示是否保存配置信息，一定要保存配置信息，點擊“YES”。這樣我們的.config中就已經(jīng)保存了我們開發(fā)平臺的信息。

　　在這個環(huán)節(jié)，我們需要關(guān)心一個問題，make menuconfig時，系統(tǒng)到低都做了哪些事情？為什么會出現(xiàn)圖形化的界面？圖形化的界面中的相關(guān)內(nèi)容是從哪里來的？

　　圖形化的界面當然是由一個特殊的圖形庫來實現(xiàn)的，還記得第一次make menuconfig時，系統(tǒng)并沒有出現(xiàn)圖形化的界面，而是報錯了，并且提示我們?nèi)鄙?ncurses-devel ，此時只需要按照要求安裝一個libncurses5-dev就行了，sudo apt-get install libncurses5-dev，有了這個圖形化庫的支持，我們才能夠正常顯示圖形化界面。

　　好了，圖形化界面的問題解決了，那還有另外一個問題就是圖形化界面里面的內(nèi)容是從哪里來的？要回答這個問題，我們就要提一下Linux內(nèi)核的設(shè)計思想了，Linux 內(nèi)核是以模塊的方式來組織這個操作系統(tǒng)的，那么，為什么要用模塊的方式來組織呢？模塊的概念又是什么呢？在此來一一回答這個問題。

　　Linux2.6內(nèi)核的源碼樹目錄下一般都會有兩個文件：Kconfig和Makefile。分布在各目錄下的Kconfig構(gòu)成了一個分布式的內(nèi)核配置數(shù)據(jù)庫，每個Kconfig分別描述了所屬目錄源文件相關(guān)的內(nèi)核配置菜單。每個目錄都會存放功能相對獨立的信息，在每個目錄中會存放各個不同的模塊信息，比如在/dev/char/目錄下就存放了所有字符設(shè)備的驅(qū)動程序，而這些程序代碼在內(nèi)核中是以模塊的形式存在的，也就是說當系統(tǒng)需要這個驅(qū)動的時候，會把這個驅(qū)動以模塊的方式編譯到系統(tǒng)的內(nèi)核中，編譯分為靜態(tài)編譯和動態(tài)編譯，靜態(tài)編譯內(nèi)核體積比動態(tài)編譯的體積要大，前面已經(jīng)說了每個目錄下面都會有一個Kconfig的文件，我們還會問，這個文件中都存放了什么信息？前面說了，每個目錄的Kconfig文件描述了所屬目錄源文件相關(guān)的內(nèi)核配置菜單，有其特殊的語法格式，圖形化界面的文字正是從這個文件中讀取出來的，如果把這個文件中的相應目錄文件的信息全部刪除，那么在圖形化界面中將看不到該模塊的信息，因此也不能進行模塊的配置。

　　在內(nèi)核配置make menuconfig（或xconfig等）時，系統(tǒng)會自動從Kconfig中讀出配置菜單，用戶配置完后保存到.config（在頂層目錄下生成）中。在內(nèi)核編譯時，主Makefile調(diào)用這個.config，（.config的重要性就體現(xiàn)在，它保存了我們的所有的配置信息，是我們選取源代碼并且進行編譯源代碼的最終依據(jù)！！！）就知道了用戶對內(nèi)核的配置情況。上面的內(nèi)容說明：Kconfig就是對應著內(nèi)核的配置菜單。假如要想添加新的驅(qū)動到內(nèi)核的源碼中，可以通過修改Kconfig來增加對我們驅(qū)動的配置菜單，這樣就有途徑選擇我們的驅(qū)動，假如想使這個驅(qū)動被編譯，還要修改該驅(qū)動所在目錄下的Makefile。因此，一般添加新的驅(qū)動時需要修改的文件有兩種，即：Kconfig 和相應目錄的Makefile（注意不只是兩個），系統(tǒng)移植的重要內(nèi)容就是給內(nèi)核添加和刪除相應的模塊，因此主要修改的內(nèi)核文件就是Kconfig 和相應目錄的Makefile這兩個文件。

　　五、編譯內(nèi)核

　　$make zImage

　　通過上述操作我們能夠在 arch/arm/boot 目錄下生成一個 zImage 文件，這就是經(jīng)過壓縮的內(nèi)核鏡像。

　　內(nèi)核的編譯過程是非常復雜的，注意這里的編譯是靜態(tài)編譯，此時會執(zhí)行頂層目錄下的Makefile中的zImage命令，在執(zhí)行的過程中，會根據(jù)當前目錄的.config文件去選擇編譯源代碼。編譯內(nèi)核的具體步驟比較復雜，有時間會另寫文章詳細描述。

　　六、通過tftp網(wǎng)絡(luò)服務下載測試內(nèi)核

　　setenv bootcmd tftp 20008000（內(nèi)存地址） zImage\;go 20008000

　　setenv bootargs nfs nfsroot=192.168.1.199（虛擬機的ip）：/source/rootfs ip=192.168.1.200（開發(fā)板的ip） init=/linuxrc（第一個要啟動的用戶進程） ttySAC0，115200（設(shè)置中斷為串口1，波特率為：115200）

　　保存環(huán)境變量，復位開發(fā)板，測試是否能夠正常啟動（注意：在此之前應設(shè)置好需要nfs掛載的文件系統(tǒng)，最后才能看到效果）。內(nèi)核測試和啟動過程也是比較復雜的，在后續(xù)的文章中會詳細介紹。

　　第四部分：根文件系統(tǒng)的介紹

　　由本文的第一張圖：Flash存儲中存放文件的分布圖可知，文件系統(tǒng)的制作和移植是系統(tǒng)移植的最后一道工序了，在這里首先要提幾個問題：

　　1.什么是文件系統(tǒng)？

　　2.如何實現(xiàn)文件系統(tǒng)？

　　3.常用的文件系統(tǒng)有哪些？為什么需要這些文件系統(tǒng)？

　　下面來一一回答這些問題：

　　文件系統(tǒng)我們在日常生活中則很少聽說，但是它確實存在，只是名字不叫文件系統(tǒng)罷了，一般叫資料庫。資料庫里面的文件眾多，我們?nèi)绾慰焖贉蚀_的找到我們要的那份文件呢？資料庫采用了分類索引的方法來實現(xiàn)快速查找。類似于我們學校圖書館的管理方式，一樓可能是哲學類，二樓是社科類的，三樓是電子類的，四樓是計算機類的…………等等，我們把這種進行了分類索引的資料庫叫文件系統(tǒng)。

　　對于計算機而言，文件其實就是資料數(shù)據(jù)，只能存儲在物理介質(zhì)上面，比如：硬盤，但是我們?nèi)瞬豢赡茏约鹤x取物理介質(zhì)上的文件，或者自己把文件寫入物理介質(zhì)，物理介質(zhì)上文件的讀寫只能采用程序來完成，為了方便實現(xiàn)，程序又被分成了物理介質(zhì)驅(qū)動程序、內(nèi)容存儲程序和文件內(nèi)容存儲程序。物理介質(zhì)驅(qū)動程序?qū)ｉT用于從物理介質(zhì)上存取數(shù)據(jù)；內(nèi)容存儲程序用于把文件內(nèi)容和文件屬性信息打包；文件內(nèi)容存儲程序用于把用戶輸入形成文件內(nèi)容，或者取得文件內(nèi)容顯示出來。

　　我們可以把一個文件系統(tǒng)（倒樹）分解成多個文件系統(tǒng)（倒樹）分別存放到存儲介質(zhì)上，比如：一個存儲到光盤里，一個存儲到硬盤中，在使用時，我們把光盤里的文件系統(tǒng)的根目錄掛到硬盤文件系統(tǒng)的一個目錄下面，這樣訪問這個目錄就相當于是訪問光盤的根目錄了，找到了根目錄，我們也就可以訪問整個光盤上的文件系統(tǒng)了。

　　“在Linux系統(tǒng)中一切皆是文件”這句話是我們學習Linux系統(tǒng)的時候常常聽到的一句話。雖然有些夸張，但是它揭示了文件系統(tǒng)對于Linux系統(tǒng)的重要性；實際上文件系統(tǒng)對于所有的操作系統(tǒng)都很重要，因為它們把大部分的硬件設(shè)備和軟件數(shù)據(jù)以文件的形式進行管理。Linux系統(tǒng)對設(shè)備和數(shù)據(jù)的管理框架圖如下：

　　［說明］

　　A. VFS（virtual file system）是虛擬文件系統(tǒng)，它管理特殊文件（虛擬文件）、磁盤文件和設(shè)備文件

　　B. fs_operations結(jié)構(gòu)是由一系列文件操作接口函數(shù)組成，由文件系統(tǒng)層來完成，為VFS提供文件操作；

　　C. 在文件系統(tǒng)層，磁盤文件要實現(xiàn)各種文件系統(tǒng)（如：ext2），設(shè)備文件要實現(xiàn)各種抽象的設(shè)備驅(qū)動

　　D. 在設(shè)備驅(qū)動層，磁盤驅(qū)動要實現(xiàn)各種磁盤的驅(qū)動程序，其他設(shè)備驅(qū)動要實現(xiàn)具體的設(shè)備驅(qū)動

　　E. 物理層就是設(shè)備自身

　　為什么會有不同的文件類型？

　　由于存儲介質(zhì)有很多種，所以沒有辦法用一種統(tǒng)一的格式存放文件系統(tǒng)到各種不同的存儲介質(zhì)上，而是需要多種不同的存儲格式來適應各種存儲介質(zhì)的特性，以求達到存取效率和空間利用率的最優(yōu)化，這樣就需要對每種存儲格式制定一個規(guī)范，這寫規(guī)范就叫文件系統(tǒng)類型。常見的文件系統(tǒng)類型有：

　　1.Dos

　　FAT16

　　2.windows

　　FAT16、FAT32、NTFS

　　3.Linux

　　Minix、ext、ext2 、ext3 、ISO9660 、jffs2， yaffs， yaffs2、cramfs， romfs， ramdisk， rootfs、proc、sysfs、usbfs、devpts、 tmpfs & ramfs、 NFS

　　由此可見，Linux支持的文件系統(tǒng)最多。以不同的介質(zhì)來分類，如下所示：

　　磁盤

　　FAT16、 FAT16、FAT32、NTFS、ext、ext2 、ext3、Minix

　　光盤

　　ISO9660、

　　Flash

　　jffs2， yaffs， yaffs2、cramfs， romfs

　　內(nèi)存

　　Ramdisk、tmpfs & ramfs

　　虛擬

　　rootfs、proc、sysfs、usbfs、devpts、NFS

　　常用的存儲介質(zhì)理論上都可以用于存儲Linux支持的文件系統(tǒng)；因為我們這里只研究嵌入式系統(tǒng)，而嵌入式系統(tǒng)由于體積和移動特性的限制，不能采用磁盤和光盤，所以只能采用flash類的存儲設(shè)備、內(nèi)存和虛擬存儲設(shè)備作為文件系統(tǒng)的存儲介質(zhì)；

　　flash芯片的驅(qū)動程序是由系統(tǒng)來提供，所以它的存取特點完全是flash自身的特點，這時最好有更加適合flash的文件系統(tǒng)——Jffs、Yaffs、Cramfs和Romfs。這些文件系統(tǒng)都是嵌入式Linux系統(tǒng)中常用的文件系統(tǒng)，可以根據(jù)特點來選擇使用它們，特點如下：

　　共同點

　　基于MTD驅(qū)動

　　Jffs

　　A.針對NOR Flash的實現(xiàn)

　　B.基于哈希表的日志型文件系統(tǒng)

　　C.采取損耗平衡技術(shù)，每次寫入時都會盡量使寫入的位置均勻分布

　　D.可讀寫，支持數(shù)據(jù)壓縮

　　E.崩潰/掉電安全保護

　　F.當文件系統(tǒng)已滿或接近滿時，因為垃圾收集的關(guān)系，運行速度大大放慢

　　Yaffs

　　A.針對Nand Flash的實現(xiàn)

　　B.日志型文件系統(tǒng)

　　C.采取損耗平衡技術(shù)，每次寫入時都會盡量使寫入的位置均勻分布

　　D.可讀寫，不支持數(shù)據(jù)壓縮

　　E.掛載時間短，占用內(nèi)存小

　　F.自帶Nandflash驅(qū)動，可以不使用VFS和MTD

　　Cramfs

　　A.單頁壓縮，支持隨機訪問，壓縮比高達2：1

　　B.速度快，效率高

　　C.只讀，有利于保護文件系統(tǒng)免受破壞，提高了系統(tǒng)的可靠性，但是無法對其內(nèi)容進行擴充

　　Romfs

　　A.簡單的、緊湊的、只讀的文件系統(tǒng)

　　B.順序存放數(shù)據(jù)，因而支持應用程序以XIP（execute In Place，片內(nèi)運行）方式運行，在系統(tǒng)運行時，節(jié)省RAM空間

　　特有的文件系統(tǒng)類型：Ramdisk文件系統(tǒng)

　　在Linux系統(tǒng)中，內(nèi)存經(jīng)常用于存儲文件系統(tǒng)，這種叫做Ramdisk，Ramdisk有兩種，一種是完全把內(nèi)存看成物理存儲介質(zhì)，利用內(nèi)存模擬磁盤，運用磁盤的文件系統(tǒng)類型；另一種只是在內(nèi)存中存儲了文件系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)，運用tmpfs & ramfs文件系統(tǒng)類型：

　　tmpfs & ramfs

　　1. 概述

　　用物理內(nèi)存模擬磁盤分區(qū)，掛載這種分區(qū)后，就可以跟讀寫磁盤文件一樣讀寫這里面的文件，但是操作速度要比磁盤文件快得多；所以一般應用在下面幾個方面：

　　1）讀寫速度要求快的文件應該放在這種文件系統(tǒng)中

　　2）磁盤分區(qū)為flash的情況下，把需要經(jīng)常讀寫的文件放在這種文件系統(tǒng)中，然后定期寫回flash

　　3）系統(tǒng)中的臨時文件，如/tmp、/var目錄下的文件應該放在這種文件系統(tǒng)中

　　4）/dev設(shè)備文件（因為設(shè)備文件隨驅(qū)動和設(shè)備的加載和卸載而變化），應該放在這種文件系統(tǒng)中

　　2. 特點

　　1）由于數(shù)據(jù)都存放在物理內(nèi)存中，所以系統(tǒng)重啟后，這個文件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)會全部丟失

　　2）ramfs在沒有指定最大的大小值情況下，會自動增長，直到用掉系統(tǒng)中所有的物理內(nèi)存為止，這時會導致系統(tǒng)的崩潰，建議掛載時最好限定其最大的大小值

　　3）tmpfs如果指定了大小值，自動增長至大小值后，系統(tǒng)會限定它的大小；這個文件系統(tǒng)占用的物理內(nèi)存頁可以背置換到swap分區(qū)，但是ramfs不行

　　不同的文件系統(tǒng)具有不同的制作方法，有的比較復雜，有的比較簡單，在此由于篇幅限制，先不做介紹，在后續(xù)的文章中會單獨介紹文件系統(tǒng)的制作。