构建嵌入式linux系统.doc

专业的嵌入式技术研发、推广、培训、认证机构构建嵌入式Linux系统1.获取本实验相关的软件包到ftp下载以下软件包： 文件名备注binutils-2.16.1.tar.bz2 gcc-4.0.2.tar.bz2 glibc-2.3.6.tar.bz2 glibc-linuxthreads-2.3.6.tar.bz2 linux-2.6.15.4.tar.bz2 linux-libc-headers-2.6.12.0.tar.bz2 制作交叉编译工具链所需的源码包 crosstool-0.43.tar.gz制作交叉编译工具链的脚本和补丁 crosstool.tar.bz2已制作好的交叉编译工具链，需要解包到/opt目录使用 linux-2.6.17.14.tar.bz2内核2.6.17.14 patch-2.6.17.14-aka针对2410开发板制作的内核patch zImage已编译好的内核，可直接下载到开发板 rootfs-basic.tar基本根文件系统打包，由于有设备文件，所以解包需要root权限 rootfs-basic.cramfs采用cramfs文件系统格式的基本根文件系统映像，可直接下载到开发板 busybox-1.9.1.tar.bz2busybox源码包，嵌入式根文件系统基本命令集 sqlite-3.4.0.tar.gzsqlite源码包，嵌入式数据库 libcgi-1.0.tar.gzlibcgi源码包，用于编写CGI程序的C函数库 qtopia-core-opensource-src-4.2.2.tar.gzQtopia Core源码包，Qt的嵌入式版本 2.制作交叉编译工具链要做嵌入式Linux开发，首先需要有交叉编译工具链（cross compiling toolchain），也就是在主机（x86 PC）上可编译生成目标板可执行文件（ARM指令）的编译工具。和普通的编译工具链一样，交叉编译工具链也包括编译、链接、修改目标文件的各种程序，如gcc、glibc、ld、gas、objdump、readelf等等。交叉编译工具链本身也是需要编译生成的，要得到一套完整的交叉编译工具链需要编译以下源码包： binutils gcc glibc linux（内核） linux-libc-headers glibc-linuxthreads 这些源码包具有非常强的版本依赖关系，如果源码包的版本不匹配，在编译过程中会出现各种各样的问题，有些问题需要对源码做些修改或者打补丁，有些问题则是没有解决办法的，只能更换匹配较好的版本。编译的步骤也是比较复杂的，主要有以下几步： 1. 根据目标平台配置内核源代码，生成内核头文件 2. 编译binutils 3. 编译器的自举（bootstrap），也就是先编译出gcc的部分功能（没有glibc支持，只有C编译器没有C+编译器） 4. 编译glibc 5. 编译完整的gcc 幸运的是，已经有人写出了制作交叉编译器的脚本（ ），该脚本中提供了一系列源码包版本的匹配方案，使用者需要选择目标平台和源码包的版本匹配方案，执行该脚本会自动从官方网站（ http:/www.gnu.org/ 和 http:/www.kernel.org/ ）下载源代码，自动打补丁，然后自动完成所有的编译步骤。 首先从 下载crosstool-0.43.tar.gz，在主目录下解包 $ tar xf crosstool-0.43.tar.gz; cd crosstool-0.43现在选择一种源码包的版本组合，各种版本组合的兼容性可以参考 ，在此我们选择在arm平台上glibc版本较高，兼容性较好的一个组合： gcc-4.0.2 cgcc-4.0.2 glibc-2.3.6 binutils-2.16.1 linux-2.6.15.4 hdrs-2.6.12.0 修改crosstool-0.43目录下的脚本demo-arm.sh，取消这一行开头的#号注释符： #eval cat arm.dat gcc-4.0.2-glibc-2.3.6.dat sh all.sh -notest同时将原本没有注释的这一行注释掉（前面加#号）： eval cat arm.dat gcc-4.1.0-glibc-2.3.2-tls.dat sh all.sh -notest注意该脚本开头有 TARBALLS_DIR=$HOME/downloadsRESULT_TOP=/opt/crosstool这说明，该脚本运行时，自动从 http:/www.gnu.org/ 和 http:/www.kernel.org/ 下载相关的源码包到主目录的downloads目录下，如果你已经下载过这些源码包，将它们拷到downloads目录下就可以不必再次下载了。对应于我们选择的版本组合，downloads目录下的源码包有： binutils-2.16.1.tar.bz2 gcc-4.0.2.tar.bz2 glibc-2.3.6.tar.bz2 glibc-linuxthreads-2.3.6.tar.bz2 linux-2.6.15.4.tar.bz2 linux-libc-headers-2.6.12.0.tar.bz2 整个编译结束后，交叉编译工具链将放在/opt/crosstool目录下，因此脚本需要在/opt下建子目录，如果不希望使用root权限运行该脚本，则需要事先给/opt目录设置写权限： $ sudo chmod a+w /opt然后修改arm.dat，其中有 TARGET=arm-unknown-linux-gnu这是按标准的命名规则为工具链命名的，但是通常我们都采用更简单的命名，很多软件的Makefile中交叉编译器默认也都采用简单的命名，为此我们把它改为TARGET=arm-linux。 由于编译过程需要用到patch、bison、flex，确认你的系统中安装了这些软件包。 在编译过程中可能还会遇到脚本的兼容性问题，如果你的Linux发行版将sh指向dash（例如Ubuntu），应将其改指向bash： $ cd /bin$ sudo ln -sf bash sh虽然用dash执行脚本时非常高效并且其实现完全遵守POSIX标准，然而现存的很多脚本（比如glibc中的脚本）有不符合POSIX标准的用法，所以仍需改用bash执行。 准备就绪后，在crosstool-0.43目录下运行demo-arm.sh脚本开始编译。编译完成后，交叉编译工具链的可执行文件位于/opt/crosstool/gcc-4.0.2-glibc-2.3.6/arm-linux/bin目录，我们可以把这个路径添加到PATH环境变量中，例如将以下命令添加到/.bashrc启动脚本： export PATH=$PATH:/opt/crosstool/gcc-4.0.2-glibc-2.3.6/arm-linux/bin此外，网上也可下载到已编译好的交叉编译工具链，比如 http:/www.snapgear.org/snapgear/downloads.html ，但是使用别人编译好的交叉编译工具链有很多限制，不能按自己的特殊需要对其定制，比如有些项目需要特定版本的gcc和glibc，再比如需要soft-float的编译器（生成指令模拟浮点数运算）。 以上编译步骤需要很长时间，也可以直接从ftp下载已制作好的交叉编译工具链安装到主机： $ sudo chmod a+w /opt$ tar xf crosstool.tar.bz2 -C /opt然后在/.bashrc启动脚本中修改PATH环境变量。 3.熟悉开发环境3.1 下载内核和根文件系统到开发板连接好开发板的网线和串口线，启动minicom（配置成115200 8N1，无Flow Control）。按下开发板电源，立刻按除回车以外的任意键，进入bootloader提示符vivi。如果没来及按键就已经启动了内核，可以按开发板上的RESET键重来。 注意：vivi的终端不能处理控制字符，不要用移动光标键或翻页键等，退格键可以用。按了产生控制字符的键再输入命令就会产生错乱，这时可以按下回车输入当前这条已经错乱的命令，然后在新的提示符下重新键入命令。 输入以下命令显示bootloader的参数。 vivi para show.ip : 192.168.0.15host : 192.168.0.1gw : 192.168.0.1mask : 255.255.255.0.开发板的IP地址是192.168.0.15，并且认为与之通讯的主机IP是192.168.0.1。根据你的情况重新设置。比如： vivi para set ip 192.168.1.25vivi para set host 192.168.1.125 (这一项应该和你的主机IP一致)vivi para set gw 192.168.1.125vivi para savepara save将这些设定写入flash中，下次开发板上电时仍然有效。如果不save则仅改变内存中的参数值，reset后会恢复flash中原来的参数值。 在开发板bootloader输入以下命令查看64M flash是如何分区的。 vivi part showmtdpart info. (6 partitions)name offset size flag-vivi : 0x00000000 0x00020000 0 128kparam : 0x00020000 0x00010000 0 64kkernel : 0x00030000 0x001c0000 0 1M+768kroot : 0x00200000 0x00400000 0 4Musr : 0x00600000 0x03a00000 0 58Mvivi分区保存bootloader程序，而这个分区表本身以及刚才用para show显示的参数是保存在param分区的。我们要把内核下载到kernel分区，把根文件系统下载到root分区。 可以使用part add和part del命令添加删除分区： vivi part del usrdeleted usr partitionvivi part del rootdeleted root partitionvivi part add root 0x00200000 0x03e00000 0root: offset = 0x00200000, size = 0x03e00000, flag = 0vivi part showmtdpart info. (6 partitions)name offset size flag-vivi : 0x00000000 0x00020000 0 128kparam : 0x00020000 0x00010000 0 64kkernel : 0x00030000 0x001c0000 0 1M+768kroot : 0x00200000 0x03e00000 0 62M如果要保存新的分区表，使用命令part save保存到flash中，否则reset后将恢复flash中原来的分区表。 下载文件到开发板需要通过tftp协议。开发板是tftp服务器，主机是tftp客户端。主机上的tftp客户端程序推荐安装atftp软件包，atftp可以通过命令行参数指定服务器地址和要传送的文件路径，这样可以把传输命令写到一个脚本中重复使用。 在开发板上执行如下命令启动tftp服务器，等待主机发送kernel。 vivi load flash kernel t现在开发板的网络被启用，从主机上应该可以ping通开发板了。在主机上执行如下命令将已编译好的kernel映像下载到开发板： $ atftp -l ./zImage -p 192.168.1.25 (这里换成你设置的开发板IP)ftp上的rootfs-basic.cramfs是已经做好的根文件系统映像。将其下载到开发板。 vivi load flash root t$ atftp -l rootfs-basic.cramfs -p 192.168.1.25在启动之前还要修改内核启动参数。 vivi para set linux_cmd_line noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0vivi para save现在启动。 vivi boot这时屏幕上出现很多内核启动信息，待framebuffer驱动加载之后，与开发板相连的显示器上（注意不是minicom终端的显示器）会出现企鹅logo。之后提示登录，输入root即可登录。 (none) login: root现在可以试试各种Linux基本命令。注意cramfs是只读文件系统，在开发板上运行时不能改动里面的文件。 3.2 将自己定制的根文件系统下载到开发板运行“根文件系统”是一种不严格的说法，其实是指文件系统中的文件和目录，这些文件和目录构成了一个Linux系统运行所需的基本框架。ftp上的rootfs-basic.tar是根文件系统的打包，由于包含设备文件，需要root权限才能解包： $ sudo tar xf rootfs-basic.tar解包后可以根据自己的需要修改其中的目录和文件，然后将根文件系统目录制作成cramfs映像再下到开发板运行，这样就达到了修改根文件系统中的目的。 首先确认你的主机上安装了软件包cramfsprogs，然后制作cramfs文件系统映像： $ mkcramfs /rootfs rootfs.cramfs然后按照前面的步骤把rootfs.cramfs下载到开发板的root分区，运行一下试试。 3.3 设置开发板的启动方式为NFS Root基本思想是：在主机上开NFS服务器，把主机上的/rootfs目录导出为NFS服务目录，使开发板一启动就自动加载主机的/rootfs目录为根文件系统，省去了下载和烧写映像的麻烦，在主机上修改根文件系统中的文件立刻在开发板的系统上生效，在开发过程中十分便利。 首先在主机上安装和配置NFS服务，确认你的主机安装了nfs-kernel-server软件包。然后修改配置文件/etc/exports，添加下面一行（注意*号后面紧跟左括号，无空格，每个逗号后面也不能有空格）： /home/akaedu/rootfs *(rw,sync,no_root_squash)更改配置后需要重启NFS服务： $ sudo /etc/init.d/nfs-kernel-server restart用rpcinfo -p命令看一下portmapper和nfs服务是否正常启动了，用exportfs命令看一下导出目录的设置是否正确。 进入开发板的bootloader，修改内核启动参数： vivi para set linux_cmd_line noinitrd root=/dev/nfs rw ip=192.168.1.25:192.168.1.125:255.255.255.0:off nfsroot=/home/akaedu/rootfs init=/linuxrc console=ttySAC0vivi para save注意，NFS Root方式的内核启动参数很长，而vivi提供的终端却不能自动换行，一行写不下的部分只好盲打了，注意不要打错，不要漏了末尾的号。如果是图形界面的console，可以把字体调小使得一行可以容得下这么长的参数，或者在别处写好后直接粘贴到console窗口。关于NFS根文件系统的内核启动参数参考内核源代码的Documentation/nfsroot.txt文档。 现在可以自己交叉编译一些小程序，然后拷贝到主机的/rootfs目录，我们可以立刻在开发板上运行该程序，而不需要重新下载和烧写了。 3.4 配置YAFFS文件系统cramfs是只读文件系统，在Flash上压缩存储，解压并加载到RAM运行。由于只读因而功能上很受限制，但可以保护系统文件不被意外的写操作损坏。实际产品往往配置两个Flash分区，一个只读分区用于存放系统文件（程序文件和库文件），另一个可写分区，采用JFFS或YAFFS文件系统，用于存放应用程序数据，为了简便起见，我们只分一个区，使用可写的YAFFS文件系统。 首先用NFS方式启动系统。YAFFS文件系统和我们熟悉的ext2不同，不需要格式化，只需要全部擦除就可以用了。用根文件系统中的flash_eraseall命令擦除root分区并mount上来。以下命令在开发板上执行 # flash_eraseall /dev/mtd3Erasing 16 Kibyte 6b8000 - 10 % complete.Skipping bad block at 0x006bc000Erasing 16 Kibyte 3dfc000 - 99 % complete.# mount -t yaffs /dev/mtdblock3 /mntyaffs: dev is 32505859 name is mtdblock3yaffs: Attempting MTD mount on 31.3, mtdblock3block 432 is bad# ls /mntlost+foundflash_eraseall命令是从mtd项目（ http:/www.linux-mtd.infradead.org/ ）的源代码中交叉编译得来的。 现在可以把根文件系统中的所有文件拷贝到Flash分区。以下命令在开发板上执行： # cp -a bin etc lib linuxrc opt sbin srv tmp usr /mnt/# mkdir -p /mnt/proc /mnt/sys /mnt/dev /mnt/mnt /mnt/var/run# mknod /mnt/dev/console -m 600 c 5 1# mknod /mnt/dev/null -m 666 c 1 3# umount mnt# reboot注意：像/proc、/sys这样正mount着特殊文件系统的目录和/dev目录下的设备文件一定不可以用cp命令拷贝。/mnt目录显然也不能拷贝。这些目录和设备文件需要手动创建。 重启目标系统之后进入vivi，修改内核启动参数使之从root分区启动即可（如果下次还用NFS启动，这里就不para save了）： vivi para set linux_cmd_line noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0vivi boot现在试试能不能修改Flash根文件系统中的文件。 4.编译内核将内核释放到/linux-2.6.17.14目录下 $ tar xf linux-2.6.17.14.tar.bz2进入内核目录： $ cd linux-2.6.17.14首先修改Makefile，找到 ARCH ?= $(SUBARCH)CROSS_COMPILE ?=改为 ARCH ?= armCROSS_COMPILE ?= arm-linux-注意不要漏了arm-linux-末尾的“-”。下面对内核打patch： /linux-2.6.17.14$ patch -p1 Pseudo filesystems - /proc file system support和Virtual memory file system support (former shm fs)。/proc file system（或者叫procfs）是内核提供给用户程序的接口，很多Linux程序都需要在procfs中读写数据，比如busybox，因此这个选项一般是不能少的。Virtual memory file system（或者叫tmpfs）用于内存虚拟磁盘，后面我们在做根文件系统时要mount一个tmpfs到/dev目录下。 3、不需要改变Boot options - Default kernel command string，因为bootloader中的内核启动参数会取代这里的设置。 4、选中Device Drivers - Network device support - Ethernet (10 or 100Mbit) - CS8900 support，添加对网卡芯片的支持。在File systems - Network File Systems菜单中选上NFS file system support和Root file system on NFS。 5、选中Device Drivers - Memory Technology Devices (MTD) - MTD partitioning support，在Device Drivers - Memory Technology Devices (MTD) - NAND Flash Device Drivers中，选中NAND Device Support和NAND Flash support for S3C2410/S3C2440 SoC，不要选择S3C2410 NAND Hardware ECC，因为S3C2410硬件生成ECC码的算法和我们所需要的不一致。 在File systems - Miscellaneous filesystems中选中YAFFS2 file system support，然后选择Lets Yaffs do its own ECC和Use the same ecc byte order as Steven Hills nand_ecc.c。再选上Compressed ROM file system support (cramfs)。 NAND芯片将存储空间划分为块（block），每个块再划分为页（page）。每一页分为常规数据和带外数据(out-of-band data，OOB)。带外数据用于保存ECC（纠错码，Error-Correction Code）和坏块信息等。NAND闪存和NOR闪存一样有三种基本操作：读、擦除和写。与NOR闪存不同的是，NOR闪存可以随机访问数据，而NAND闪存只能以页为单位读和写，以块为单位擦除。有三种方式可以计算生成ECC数据：由MTD子系统生成、由YAFFS文件系统生成、由芯片中专门的硬件生成。生成ECC和读取ECC进行校验的算法必须一致，否则会认为校验失败。这里我们在patch代码中让YAFFS文件系统生成ECC码，因而不用硬件生成的ECC码。 6、在Device Drivers - Graphics support中选中S3C2410 LCD framebuffer support，不选择Virtual Frame Buffer support因为它是一个用于调试的虚拟设备驱动而不是实际硬件的驱动。如果还选中了Logo configuration - Bootup Logo，那么在内核启动过程中初始化framebuffer时会在屏幕上看到Linux的企鹅logo，这是测试framebuffer驱动是否正常工作最直接的方法。Bootup Logo有三种规格，我们的开发板支持VGA输出，可以选择224色的漂亮logo。 7、在 Device Drivers - USB support中选中Support for Host-side USB，然后选择OHCI HCD support和USB HID Boot Protocol drivers - USB HIDBP Mouse (simple Boot) support，在Device Drivers - Input device support中选中Mouse，设置屏幕分辨率Horizontal screen resolution和Vertical screen resolution为640和480。 8、选中Device Drivers - Character devices - S3C2410 RTC Driver。 9、如果不希望在/dev目录下生成大量伪终端设备文件，可以取消选择Device Drivers - Character devices - Legacy (BSD) PTY support。 配置完成后用make命令编译内核，这个过程需要较长时间，编译好的内核位于/linux-2.6.17.14/arch/arm/boot/zImage。现在将自己编译的内核下载到开发板，看系统能不能正常启动。 5.制作根文件系统5.1 根文件系统框架和busybox首先用mkdir手动创建如下的基本目录结构： $ tree rootfs/rootfs/|- bin|- dev|- etc| |- init.d| - network| |- if-down.d| |- if-post-down.d| |- if-pre-up.d| - if-up.d|- lib|- mnt|- opt|- proc|- sbin|- srv|- sys|- tmp|- usr| |- bin| |- lib| - sbin- var - run/bin /sbin /usr/bin /usr/sbin系统的基本命令，系统关键组件的可执行文件位于/bin和/sbin，其它应用程序的可执行文件位于/usr/bin和/usr/sbin，bin和sbin的区别在于，bin目录下的可执行文件用于日常操作，例如ls、cp，sbin目录下的可执行文件用于管理操作，例如ifconfig，执行管理操作通常需要root权限 /lib /usr/lib共享库，也是分为系统关键组件的共享库和其它应用程序的共享库 /procproc文件系统的挂载点 /syssys文件系统的挂载点 /dev设备文件 /etc配置文件、启动脚本 /var运行时产生的记录文件、锁文件、日志文件 /tmp运行时产生的临时文件 /mnt一般用作挂载点 /opt一般存放第三方软件 /srv一般用作Web服务、ftp服务的服务目录 接下来安装busybox到根文件系统中。busybox是专为嵌入式Linux设计的，它把大多数常用命令（如ls、cp、tar等等）的常用选项剪裁出来拼在一起。在根文件系统中只有一个可执行文件就是/bin/busybox，而其它的命令都创建为/bin/busybox的链接文件，busybox 通过命令行第0个参数（也就是命令名）判断应该执行哪个命令。这样使得嵌入式Linux系统有完整的命令集却占用很小的存储空间。 首先从官方网站 下载源码包busybox-1.9.1.tar.bz2并解包到主目录下。 $ tar xf busybox-1.9.1.tar.bz2; cd busybox-1.9.1/busybox的配置系统和内核源代码很相似，因此配置方法也和内核相似，首先修改Makefile，找到 ARCH ?= $(SUBARCH)CROSS_COMPILE ?=改为 ARCH ?= armCROSS_COMPILE ?= arm-linux-然后我们以一个缺省配置为起点来做进一步的配置： /busybox-1.9.1$ make defconfig/busybox-1.9.1$ make menuconfig在菜单中做如下配置： 选择BusyBox Settings - Installation Options - BusyBox installation prefix，设置为/home/akaedu/rootfs，编译后将安装到这个目录下。 根据需要裁剪各命令。但是Shells - Choose your default shell选项一定要保留一个默认shell（例如ash），如果没有默认shell，将不会创建/bin/sh这个链接，而一般的shell脚本都是以#!/bin/sh开头的，如果找不到/bin/sh就不能执行。 然后编译和安装busybox： /busybox-1.9.1$ make/busybox-1.9.1$ make installbusybox文件和一系列的链接文件将安装到/home/user/rootfs下。busybox文件位于根文件系统的/bin目录，其它链接文件位于/bin、/sbin、/usr/bin、/usr/sbin目录，有一个链接文件linuxrc位于根文件系统的根目录/，它是系统的启动程序，bootloader中内核的启动参数有init=/linuxrc，也就是说内核启动后首先执行/linuxrc（也是busybox的一个符号链接）。linuxrc负责完成系统的初始化工作： 1. 设置信号处理程序 2. 初始化console 3. 解析/etc/inittab文件 4. 执行系统初始化脚本，缺省的是/etc/init.d/rcS 5. 执行inittab中类型为wait的程序 6. 执行inittab中类型为once的程序 上述步骤完成后系统启动完成，此后init程序将循环执行以下步骤： 1. 执行inittab中类型为respawn的程序，如果所执行的程序终止，则再次执行它 2. 如果收到用户请求，则执行inittab中类型为askfirst的程序 linuxrc需要读取设备文件/dev/console和/dev/null，我们手动创建这些设备文件： $ cd rootfs/dev; sudo mknod -m 600 console c 5 1; sudo mknod -m 666 null c 1 3注意，创建设备文件需要root权限，常见设备文件的设备号可以从内核代码的Documentation/devices.txt文件中查到。 然后创建一个启动配置文件/rootfs/etc/inittab： :sysinit:/etc/init.d/rcS:respawn:/sbin/getty 115200 s3c2410_serial0:restart:/sbin/init:shutdown:/bin/umount -a -r启动的过程中首先执行rcS启动脚本，我们创建这个脚本/rootfs/etc/init.d/rcS： #!/bin/shmount -a注意这个脚本需要加可执行权限：chmod +x rcS。这个脚本做了一件事情，根据/etc/fstab配置文件提供的信息mount一些文件系统，我们创建这个配置文件/rootfs/etc/fstab： # proc /proc proc defaults 0 0sys /sys sysfs defaults 0 0/proc和/sys都是