如何移植Linux到晶心平臺？

圖表 3 u-boot 執(zhí)行結(jié)果圖

3. 調(diào)試環(huán)境

在移植Linux到晶心平臺之前，先架設(shè)好調(diào)試的環(huán)境，尤其對底層Linux原始碼的移植，有莫大的幫助，在 printk尚未正常運作前，需依靠AndeShape的AICE與 AndeSoft的GDB來進行調(diào)試。

3.1設(shè)定Linux kernel 調(diào)試選項

Linux Kernel 需要設(shè)定一些調(diào)試選項，才能順利的運用AndeSoft的GDB進行調(diào)試。晶心平臺中Linux kernel 調(diào)試選項設(shè)定如圖表4所示，增加這些選項會增加kernel 映像文件的空間，如果空間占用過大以至于不符合設(shè)計需求時，可在調(diào)試工作完畢后將調(diào)試選項關(guān)閉以節(jié)約不必要的空間浪費。

圖表 4設(shè)定Kernel hacking 中調(diào)試選項勾選

3.2 Linux kernel 調(diào)試的程序

Build成kernel bootpImage (含kernel debug message如圖表四選項) 后，Linux的映像檔放到FPGA板子上，PC host 端的AndeSoft的GDB透過網(wǎng)絡(luò)(socket)與AICE連接至FPGA板子，進行調(diào)試的工作。

3.2.1. 編譯鏈結(jié)成映像檔

設(shè)定好AndeSoft的 cross-compiler 路徑后，利用下列指令經(jīng)由compiler and linker后可以得到 bootpImage，指令如下:

#CROSS_COMPILE=nds32le-linux- ARCH=nds32 make xc5_defconfig

#CROSS_COMPILE=nds32le-linux- ARCH=nds32 make menuconfig

# CROSS_COMPILE=nds32le-linux- ARCH=nds32 make bootpImage INITRD=xc5_glibc_ramdisk.img

將生成的bootpIamge放到FPGA板子上，將AICE連接到FPGA板子啟動ICEman，指令如下:

#C:AndestechAndeSight200MCUice>ICEman.exe --p 1234

PC host端的AndeSoft™的GDB透過網(wǎng)絡(luò)(socket)與AICE連接至FPGA板子，進行調(diào)試的工作，示范指令如下:

#ddd --debugger nds32le-linux-gdb vmlinux

gdb>target remote 10.0.2.164:1234

其中IP值 10.0.2.164是一個應(yīng)用范例，用戶可依環(huán)境實際IP值進行設(shè)定。環(huán)境設(shè)定完成后，可以開始進行調(diào)試工程。

4. 移植Linux至晶心平臺關(guān)鍵點經(jīng)驗傳承

4.1 Kernel加載程序調(diào)試實作

kernel加載程序目的將kernel主程序進行解壓縮并加載正確位置，此程序與kernel主程序是兩個不同程序，但會一起包在zImage中只是kernel加載程序會attached在zImage的前面。調(diào)試時需 file不同的 ELF file才能進行正確的調(diào)試工作，kernel加載程序的位置在arch/nds32/boot/compressed/vmlinux，指令如下所示。

#ddd --debugger nds32le-linux-gdb arch/nds32/boot/compressed/vmlinux

kernel主程序的ELF file “vmlinux”在kernel source code的根目錄下指令如下所示。

#ddd --debugger nds32le-linux-gdb vmlinux

4.2 Linux kernel 調(diào)試實作

kernel加載程序執(zhí)行完畢后會跳到kernel主程序執(zhí)行。進入點是arch/nds32/kernel/head.S的assembly code執(zhí)行完后會進入 kernel 的主要函數(shù) “start_kernel”。

4.2.1. RAM offset patch

晶心版Linux原始碼搭配XC5平臺，RAM的起始位置(指的是PA)是0x0，使用者FPGA開發(fā)板的RAM起始位置如果不是0x0，必須要修改FPGA板子中RAM的起始位置，做法是在晶心版的Linux原始碼中進行RAM address patch，將原始碼中RAM位置調(diào)整到FPGA開發(fā)板中RAM的真實位置。

4.2.2. PA/VA remap table

當(dāng)FPGA板子IO的PA設(shè)定正確后，使用者需要設(shè)定PA/VA remap table，作法可參考arch/nds32/include/asm/spec-ag101.h，依照apec-ag101.h中PA/VA對應(yīng)的關(guān)系去增減使用者自己IO device的 PA/VA remap table。

4.2.3. Kernel 解壓縮與software breakpoint

在進行kernel 調(diào)試時，如果在低地址處，例如:head.S中進行調(diào)試，當(dāng)設(shè)定 software breakpoint時，會有breakpoint無法停下來與AICE 斷線的情況發(fā)生。原因是當(dāng)使用者設(shè)定software breakpoint時，breakpoint處的instruction會修改并加入break instruction。但kernel解壓縮時會將調(diào)試的程序代碼覆蓋造成與GDB調(diào)試不一致性而產(chǎn)生錯誤。解決的方法就是原設(shè)定software breakpoint改為hardware breakpoint，這樣就可以避免因kernel解壓縮所造成調(diào)試的錯誤，降低調(diào)試時的困難度。

4.2.4. PA/VA 觀念說明與調(diào)試要領(lǐng)

在原始碼arch/nds32/kernel/head.S中

la $lp, __mmap_switched

mtsr $lp, $IPC

iret

執(zhí)行完iret后，系統(tǒng)就會從PA轉(zhuǎn)成VA，MMU translation status從translation off轉(zhuǎn)為translation on在此分界處調(diào)試規(guī)則如下所述，如果觀念不清楚及容易產(chǎn)生調(diào)試時的錯誤，請務(wù)必牢記。

4.2.4.1. MMU translation off 時期調(diào)試

在這個時期調(diào)試，VA是不存在的。所有的IO address與memory都是PA沒有VA，如果調(diào)試地址設(shè)成VA，容易hit illegal address 而造成exception。

4.2.4.2. MMU translation on 時期調(diào)試

在這個時期調(diào)試，PA是不存在的。所有的IO address與memory都是VA沒有PA，如果調(diào)試地址設(shè)成PA，容易hit illegal address 而造成exception.

4.2.5. 移植Linux的基礎(chǔ)組件

MMU translation on后，很快就會進入start_kernel 函數(shù)，接下來移植的重點就是移植Linux基礎(chǔ)組件，那就是interrupt，timer and UART。當(dāng)這3個device移植成功后，Linux的架構(gòu)就建立起來了，printk也可以用了，Linux已經(jīng)可以正常的運作。如果沒有意外，可以執(zhí)行完kernel甚至將filesystem帶起來。接下來用戶可以將自己的周邊組件一個一個的device driver移植入系統(tǒng)。當(dāng)周邊組件移植完成后，Linux系統(tǒng)移植到晶心平臺就完成了。

5. 結(jié)語

Linux操作系統(tǒng)運作在晶心平臺已有多年的時間。各式各樣的Linux軟件運作在晶心平臺不計其數(shù)。皆可證明Linux操作系統(tǒng)運作結(jié)合晶心平臺是一個穩(wěn)定與成熟的產(chǎn)品，只要能明了熟悉Linux 移植的技巧與重點，使用晶心平臺開發(fā)Linux的產(chǎn)品將是一件愉快與簡單的工作。