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