Tiny6410开发板Linux系统自学笔记.docx
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Tiny6410开发板Linux系统自学笔记
Tiny6410开发板Linux系统自学笔记
一、嵌入式Linux系统自学计划:
0、学习嵌入式Linux系统启动、加载的工作原理。
1、搭建针对目标CPU的Linux编译环境。
2、移植、编译针对目标CPU单板的Bootloader。
3、移植、编译针对目标CPU单板的Linux内核。
4、制作用于Linux内核启动的根文件系统。
4、定制、开发针对目标CPU单板的硬件驱动程序。
5、开发基于嵌入式Linux平台的应用程序。
二、参考文档:
《ARM学习报告1~3》
《嵌入式Linux入门笔记》
《嵌入式Linux性能详解》
《Tiny6410Linux开发指南》
6410BootLoader启动过程分析:
S3C6410支持从SD卡或NandFLASH直接启动,但是实际上板子上电后,会首先执行芯片内部iRom中的代码,iROM中的代码会根据GPN[15:
13]的管脚来判断从哪个存储设备中读取4KB的启动代码,并放入SteppingStone中运行,这段代码被称为Bootloader1(BL1)。
【因为SteppingStone是SRAM,所以不需要初始化就可以使用】所以,整个启动过程可以分成BL0,BL1,BL2三个阶段,其中BL0是固化在s3c6410内部的iROM中的,1、BL0处理流程如下图所示
2、BL1的处理流程对于SD卡,BL1代码位于(totalSector-18)的扇区对于SDHC卡,BL1代码位于(totalSector-1042)的扇区对于NANDFLASH,BL1代码位于最前面的4K空间因为最终的系统需要运行在DDR内存中,所以,BL1首先需要执行DDR的初试化,然后再将GPN[15:
13]管脚指定的存储设备中bootloader代码(BL1+BL2)拷贝到DDR中,然后重定位到编译器编译时指定的位置,然后跳转。
3、此时,DDR中的BL2就是完成一些复杂的初始化,以及很多辅助调试功能,比如网络命令,usb命令,nand命令等等,最后执行你的bootcmd,将内核加载到指定位置,将bootargs放到指定位置,传递给内核mach_type,bootargs的存放地址,然后跳转到内核执行,到这里bootloader就完成使命然后消失了。
所以说我们可以认为BLx是bootloader的几个阶段,其实如果只是基本功能的话,完全可以将代码压缩到8K以内,那么就不需要重定位,编译的时候直接从0地址开始就行了。
五、BL2将Linux内核加载到RAM的原理分析BL1的主要工作包括:
1、硬件设备初始化2、加载U-Boot第二阶段代码到RAM空间3、设置好栈4、跳转到第二阶段代码入口BL2的主要工作包括:
1、初始化本阶段使用的硬件设备2、检测系统内存映射3、将内核从Flash读取到RAM中4、为内核设置启动参数5、调用内核1、BL1结束之后,BL2执行之前,系统内存的使用情况2、嵌入式LInux设备NANDFLASH上典型的空间分配情况:
如上图所示,BootLoader文件、内核启动参数、内核文件和根文件系统的镜像文件,这四个文件从FLASH的低地址开始依次保存。
6410大致启动过程是:
芯片上电找到NANDFLASH起始地址上保存的BootLoader并运行,BootLoader读取内核启动参数,再将内核文件和根文件系统的镜像文件加载到RAM中运行。
所以,我们后面的学习目标就是如何为特定的CPU和目标单板生成上述四个系统文件,以及它们的系统工作原理。
三、6410系统内存分配:
ARMCPU采用统一存储空间映射,将各种存储设备:
寄存器,ROM,RAM,Flash都映射到这一地址空间。
S3C6410的物理内存分成Memory和Pheriperal两部分,地址范围分别为0x0~0x6fffffff和0x7000_00000~x7fffffff。
Memory,又叫主内存,分为4大区域,分别是启动镜像区、内部内存区、静态内存区、动态内存区0x0000_0000~0x07FF_FFFF128MB启动镜像区0x0800_0000~0x0BFF_FFFF64MB内部内存区ROM0x0C00_0000~0x0FFF_FFFF64MB内部内存区RAM【SteppingStone(8KB)】启动镜像区物理地址为0x00000000~0x07ffffff,共128MB。
这个区域的作用正如它的名字所述,是用来启动系统的。
但是这个范围内并没有实际的存储介质与之对应,只能在通过OM[4:
0]选择具体的启动介质后再把相应介质的物理地址映射到这个启动区,比如说选择了IROM启动方式后,就把IROM所占的地址空间映射为0x00000000开始的空间。
内部内存区物理地址为0x08000000~0x0fffffff,共128MB。
这个区域对应着内部的内存地址,内部的ROM和SRAM都是分布在这个区间。
其中,0x08000000~0x0bffffff对应着内部ROM,当然实际上内部的ROM也并没有64MB这么多,只有32KB是有实际存储介质的,这32KB是一个只读区,放的是IROM方式下的启动代码,选择IROM启动的时候首先运行的代码就是这一部分,称为BL0,这部分代码由厂家固化。
0x0c000000~0x0fffffff对应内部SRAM,实际可用的SRAM按照三星的手册是4KB,其实这就是用于nandflash启动的Steppingstone。
//静态存储区0x1000_0000~0x3FFF_FFFF3*128MB0x1000_0000~0x17FF_FFFF128MB
0x1800_0000~0x1FFF_FFFF128MBDM9000AEP
0x2000_0000~0x27FF_FFFF128MB
0x2800_0000~0x2FFF_FFFF128MB
0x3000_0000~0x37FF_FFFF128MB
0x3800_0000~0x3FFF_FFFF128MB静态内存区物理地址为0x10000000~0x3fffffff,共3*128MB。
这个区域用于访问挂在外部总线上的设备,比如说SRAM、NORflash、oneNand等。
当映射到这些器件的时候这些bank的地址也不能再使用了,访问这些非线性存储器还是得通过Pheriperal空间的AHB总线进行,和S3C2410中的访问方式是一样的。
//动态存储区0x4000_0000~0x6FFF_FFFF3*256MB
0x4000_0000~0x47FF_FFFF128MB
0x4800_0000~0x4FFF_FFFF128MB
0x5000_0000~0x5FFF_FFFF256MBDDRRAM
0x6000_0000~0x6FFF_FFFF256MBDDRRAM
动态内存区物理地址为0x40000000~0x6fffffff,共3*256MB。
其中第一个256MB为保留区,实际使用的动态内存区为0x50000000~0x6fffffff,又分为2个区间,分别占256MB,可以通过DMC的Xm1CS[1:
0]来进行着2个区间的选择。
这个内存区主要是扩展DRAM,最大可以扩展512MB的DRAM。
//外设地址空间0x7000_0000~0x7xxx_xxxx
六、搭建针对目标CPU的Linux编译环境
1、建立Linux开发环境,首先安装Linux系统,为了新手学习简单,建议用vmware虚拟机安装Linux系统,实际商业开发过程,这种方式可能不够严谨。
2、安装Linux交叉编译工具链:
我们使用的是arm-linux-gcc-4.5.1,它默认采用armv6指令集,支持硬浮点运算,下面是安装它的详细步骤。
Step1:
将arm-linux-gcc-4.5.1-v6-vfp-20101103.tgz复制到Linux系统的某个目录下如tmp/,
然后进入到该目录,执行解压命令:
#cd/tmp
#tarxvzfarm-linux-gcc-4.5.1-v6-vfp-20101103.tgz–C/
注意:
C后面有个空格,并且C是大写的,它是英文单词“Change”的第一个字母,在此是改变目录的意思。
/表示解压到根目录,这里执行该命令,将把arm-linux-gcc安装到/opt/FriendlyARM/toolschain/4.5.1目录。
【Linux系统压缩文件的格式说明】
*.Zcompress程序的压缩档案;
*.gzgzip程序压缩的档案;
*.bz2bzip2程序压缩的档案;
*.tartar程序打包的数据,并没有压缩过;
*.tar.gztar程序打包的档案,其中并且经过gzip癿压缩
*.tar.bz2tar程序打包的档案,其中并且经过bzip2癿压缩
【tar命令的参数说明】:
-c:
建立打包档案,可搭配
-v:
察看过程中被打包的文件名
-t:
察看打包档案癿内容吨有哪些的文件名
-x:
解打包或解压缩,可以搭配-C(大写)在特定目录解开特别留意的是,-c,-t,-x不可同时出现。
-j:
透过bzip2的支持进行压缩/解压缩:
此时档名最好为*.tar.bz2
-z:
透过gzip癿支持迚行压缩/解压缩:
此时档名最好为*.tar.gz
-v:
在压缩/解压缩的过程中,将正在处理的文件名显示出来
-ffilename:
-f后面要立刻接要被处理的文件名
-C目录:
这个选顷用在解压缩,若要在特定目录解压缩,可以使用这个选顷。
Step2:
把编译器路径加入系统环境变量,运行命令。
#gedit/root/.bashrc
编辑/root/.bashrc文件,注意“bashrc”前面有一个“.”,修改最后一行为
exportPATH=$PATH:
/opt/FriendlyARM/toolschain/4.5.1/bin
注意路径一定要写对,否则将不会有效。
重新登录系统(不必重启机器,开始->logout即可),使以上设置生效,在命令行输入arm-linux-gcc–v,会出现如下信息,这说明交叉编译环境已经成功安装。
【反编译工具:
arm-linux-objdump】
【ELF文件查看工具:
arm-linux-readelf】
七、Bootloader文件的原理、移植和编译
1、uboot代码移植
首先执行如下命令,分别创建工作目录/opt/FriendlyARM/mini6410/linux和临时目录,并把光盘中linux目录中的所有文件都复制到/tmp/linux目录中,
#mkdir–p/opt/FriendlyARM/mini6410/linux
#mkdir/tmp/linux然后在工作目录/opt/FriendlyARM/mini6410/linux中执行解压安装U-boot源代码
#tarxvzf/tmp/linux/u-boot-mini6410-20101106.tar.gz
将u-boot代码加压到opt/FriendlyARM/mini6410/linux/u-boot-mini6410目录下。
uboot代码目录结构:
板级移植需要修改的板级配置文件:
2、uboot代码编译
在opt/FriendlyARM/mini6410/linux/u-boot-mini6410目录下找到makefile文件,打开文件可以看到几个相关的编译选项,如下:
mini6410_nand_config-ram128//为系统内存128M,从NANDFLASH启动的设备生成编译配置文件
mini6410_sd_config-ram128//为系统内存128M,从SD卡启动的设备生成编译配置文件
mini6410_nand_config-ram256//为系统内存256M,从NANDFLASH启动的设备生成编译配置文件
mini6410_sd_config-ram256//为系统内存256M,从SD卡启动的设备生成编译配置文件
进入uboot源代码根目录:
cd/opt/FriendlyARM/mini6410/linux/u-boot-mini6410
生成配置文件:
makemini6410_nand_config-ram256
开始编译:
make
最终生成u-boot.bin文件,用于下载到FLASH上。
为了便于区分,可以将u-boot.bin文件改名为u-boot_nand-ram256.bin。
另外,我们也可以选择编译用于SD卡启动的uboot文件。
要把新编译生成的u-boot.bin下载到开发板的FLASH上,需要先用SD卡上的uboot启动6410开发板,SD卡启动在串口下显示如下用户菜单:
[f]:
输入f,格式化FLASH,如上图所示,
[v]:
输入v,将uboot.bin文件下载到FLSAH上,如下图所示:
注意,下载uboot时需要使用dnw.exe工具,且只有先输入v以后,dnw.exe工具上的状态才会显示[USB:
ok]
将uboot下载到FLASH以后,切换启动开关后,单板重新上电,启动FLASH上的uboot,如下图所示:
上面菜单中的选项,首先要了解[k],下载linux内核镜像文件,下载内核文件之前,我们需要先编译得到linux内核文件。
八、Linux内核文件的原理、移植和编译
1、Liinux内核代码移植
进入工作目录/opt/FriendlyARM/mini6410/linux执行,如下命令,生成生成linux-2.6.38目录,如下图所示
#tarxvzf/tmp/linux/linux-2.6.38-20110325.tar.gz
2、Linux内核代码编译,首先进入linux-2.6.38目录,
【1】清除原有的配置文件和中间文件
#makedistclean
【2】配置内核,生成新的配置文件.config
#makemenuconfigARCH=arm
Tiny6410开发板已经为我们准备好了相关的配置文件,所以这一步可以省略。
Tiny6410原配的是4.3寸的触摸屏,所以使用config_mini6410_n43作为内核编译的配置文件。
【3】编译内核
#makeuImageARCH=armCROSS_COMPILE=arm-linux-
输入#makezImage,开始编译内核,在arch/arm/boot目录下生成linux内核映象文件zImage。
将编译得到的内核镜像文件zImage通过uboot下载到FLASH上运行,内核在启动期间进行的最后操作之一就是安装根文件系统,并读取根文件系统中的配置文件,所以接下来我们要学习根文件系统。
九、制作用于Linux内核启动的根文件系统
1、根文件系统的作用和工作原理
首先,根文件系统是Linux(或者说是UNIX类)操作系统运行时所需要的特有文件系统。
根文件系统不仅具有普通文件系统的存储数据文件的功能,还被操作系统用来存储运行时所需要的一些特殊文件。
这些特殊文件包括:
busybox(提供shell命令集)、配置文件(通常位于/etc目录下用来初始化和布局你的文件系统)、设备文件(位于/dev目录下)、必要的库文件。
设备文件实际上保存着对应设备的一些相关参数,操作系统通过使用它们来与应用程序进行接口,并与设备进行交互。
因此根文件系统是Linux运行时所必须的。
另外,为了让内核文件的大小合适,不可能把所有的功能都编译到内核文件中,所以有些内核需要的功能是以内核模块的形式存在的(例如一些驱动程序)。
为了使内核文件在运行的时候可以找到并加载这些内核模块,就需要将内核模块保存在根文件系统中。
其实根文件系统就是一个普通的文件,它的制作过程是:
(1)按照Linux内核要求,制作根文件系统的所需要的根目录和子目录,
(2)将内核运行需要的文件编译并保存到正确的目录,
(3)使用专门的工具将整个目录转换成合适的镜像文件,这个文件可以直接烧写到存储设备上去。
2、手动创建根文件系统目录和文件:
这个工作和系统的存储介质无关
#mkdirrootfs
#cdrootfs
#mkdirbindevetclibprocsbinsysusrmnttmpvar
#mkdirusr/binusr/libusr/sbinlib/modules
(2)创建设备文件(如果不创建这两个设备文件,在文件系统启动时会出现错误信息,不能初始化控制台。
)
#cddev/
#mknod-m666consolec51
#mknod-m666nullc13
#cd..
(3)安装/etc目录
/etc目录下是一些配置文件etc/inittabetc/profileetc/fstabetc/init.d/rcs和具体硬件无关,各种机器上的这些配置文件大同小异可以复用。
因为这些配置文件和系统启动相关,所以在学习配置文件之前,先简单了解一下系统的启动过程:
在linux内核启动到start_kernel()函数的最后,通过调用init()函数,创建第一个核心线程,核心线程主要进行一些外设初始化工作,包括调用do_basic_setup()完成外设及其驱动程序的加载和初始化,完成文件系统初始化和root文件系统的安装。
当do_basic_setup()函数返回init(),init()又打开了/dev/console设备,重定向三个标准的输入输出文件stdin、stdout和stderr到控制台,最后,搜索文件系统中的init程序(sbin目录下的init文件,其实也是busybox文件)或者由init=命令行参数指定的程序,并使用execve()系统调用加载执行init程序。
此时Linux完成内核启动,开始运行init程序,init程序需要读取配置文件/etc/inittab。
所以inittab是系统执行的第一个配置文件。
当Busybox的初始化程序执行时,首先试图在/etc下查找启动文件inittab,如果找到则按照inittab文件定义的顺序执行;如果找不到inittab,则默认执行/etc/init.d/rcS脚本,之后启动相应的shell。
在Busybox的inittab文件中,通常定义系统初始化时执行的也是/etc/init.d/rcS脚本。
也就是说,无论inittab文件的存在与否,Busybox初始化时,都会先执行rcS脚本。
所以,接下来我们需要学习的是:
1、inittab文件结构2、rcS脚本语法
inittab文件中每个登记项的结构都是一样的,分别以冒号“:
”分隔的4个字段。
具体如下:
identifier:
run_level:
action:
process
其中,各字段以及与其相关的说明如下:
identifier:
登记项标识符,最多为4个字符。
用于惟一地标识/etc/inittab文件中的每一个登记项run_level:
系统运行级,即执行登记项的init级别。
用于指定相应的登记项适用于哪一个运行级,即在哪一个运行级中被处理。
如果该字段为空,那么相应的登记项将适用于所有的运行级。
在该字段中,可以同时指定一个或多个运行级,其中各运行级分别以数字0.1.2.3.4.5.6或字母a、b、c表示,且无需对其进行分隔。
action:
动作关键字。
用于指定init进程对相应进程(在“process”字段定义)所实施的动作。
具体动作包括:
1、boot:
2、bootwait:
3、initdefault:
4、off:
5、once:
6、ondemand:
7、powerfail8、powerwait9、respawn10、sysinit11、wait:
process:
所要执行的shell命令。
任何合法的shell语法均适用于该字段。
嵌入式Linux系统的inittab文件没有运行级别的概念,所以大致的内容如下:
:
:
sysinit:
/etc/init.d/rcS##指定系统启动后首先执行的文件:
:
respawn:
-/bin/login-froot##自动作为root账户登录:
:
askfirst:
-/bin/sh##类似respawn,它将会促使init在控制台上显示“PleasepressEntertoactivethisconsole”的信息,并在重新启动之前等待用户按下enter键:
:
ctrlaltdel:
/sbin/reboot##设置ctrl+alt+del键对应的动作(重启文件系统):
:
shutdown:
/bin/umount-a-r##设置关机时对应的动作(卸载所有文件系统):
:
restart:
/sbin/init##设置系统重启时对应的动作(运行的init程序)
创建etc/init.d/rcS文件:
rcS文件是一个脚本文件,借助这个脚本可以设置各种程序开机后自动运行,也可进行其他系统设置,类似于Windows系统中的自动批处理文件。
#!
/bin/sh##符号#!
用来告诉系统它后面的参数是用来执行该文件的程序PATH=/sbin:
/bin:
/usr/sbin:
/usr/bin##首先设置了PATH环境变量,只是为了后续命令使用方便runlevel=Sprevlevel=Numask022exportPATHrunlevelprevlevel/bin/hostnamezinix/bin/mount-n-tusbfsnone/proc/bus/usb
echo/sbin/mdev>/proc/sys/kernel/hotplug/sbin/mdev-s/bin/hotplug#mountingfilesystemspecifiedin/etc/fstabmkdir-p/dev/ptsmkdir-p/dev/shm注意最后还要改变它的属性使它能够执行
创建etc/fstab文件:
fstab文件描述系统中各种文件系统的信息,应用程序读取这个文件,然后根据其内容进行自动挂载的工作devicemount-pointtypeoptionsdumpfsckorder文件中各字段的意义如下:
1)device:
要挂接的设备,如/dev/mtdblockl;2)mount-point:
挂接点;3)type:
文件系统类型;4)options:
挂接参数,以逗号隔开;5)dump和fsckorder:
用来决定控制dump、fsck程序的行为。
创建用户和组文件:
在etc目录下增加passwd和group两个文件。
首先增加passwd文件,passwd一共由7个字段组成,6个冒号将其隔开。
其含义分别为:
1)用户名;2)是否有加密口令,x表示有,不填表示无,采用MD5、DES加密;3)用户ID;4)组ID;5)注释字段;6)登录目录;7)所使用的shell程序。
passwd的内容为root:
x:
0:
0:
root:
/root:
/bin/sh只有增加了passwd文件,启动以后命令行才会显示[root@zinix/]#,否则只会显示[@zinix/]#
group共由4个字段组成,3个冒号将其隔开。
含义分别为:
1)组名;2)是否有加密口令,同passwd;3)组