基于AT91SAM9G20構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)

操作系統(tǒng)也是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分。當(dāng)今的嵌入式操作系統(tǒng)各種各樣，有VxWorks、QNX、Palm OS，Windows CE、Linux， uClinux，ucos ii等，每種操作系統(tǒng)都有其與眾不同之處，本文移植的嵌入式操作系統(tǒng)為Linux。廣泛開放源代碼的Linux應(yīng)用已經(jīng)被移植到嵌入式的運(yùn)行環(huán)境中，可以任意剪裁和修改后將其移植入自己的硬件平臺上，因此使用Linux開發(fā)嵌入式操作系統(tǒng)，可以加快嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)速度，縮短產(chǎn)品進(jìn)入市場的時間。

本文的工作主要包括Boot loader實現(xiàn)，Linux內(nèi)核移植、文件系統(tǒng)的實現(xiàn)三個部分。

搭建交叉開發(fā)環(huán)境

在移植操作系統(tǒng)之前，首先要在一臺裝有Linux的PC機(jī)上搭建好開發(fā)環(huán)境，例如我們的宿主機(jī)為Ubuntu10.04，為獲得所有操作權(quán)限，以root身份登錄宿主機(jī)Linux系統(tǒng)。在 usr/local/目錄下建立arm路徑，下載交叉編譯工具arm-linux-gcc-4.3.2.tgz，將之復(fù)制到文件夾/usr/local/arm/下，并將其解壓；最后需要修改環(huán)境變量，設(shè)置默認(rèn)交叉編譯工具為arm-linux-gcc-4.3.2。利用Linux下編輯工具(如vim)打開/root/.bashrc文件，在文件末尾添加如下代碼:

if

[ -d /usr/local/arm ] ;

then PATH=/usr/local/arm/4.3.2/bin:"${PATH}"

fi

到此交叉編譯工具搭建完畢，為驗證交叉編譯工具是否搭建成功，可以在終端下輸入命令 arm-linux-gcc -v，搭建成功后會在終端下顯示arm-linux-gcc的版本。注意此處必須注銷用戶，重新登錄系統(tǒng)后設(shè)置才會生效。

引導(dǎo)程序

系統(tǒng)上電之后，需要一段程序來進(jìn)行初始化：關(guān)閉看門狗、改變系統(tǒng)時鐘、初始化存儲控制器、將更多的代碼復(fù)制到內(nèi)存中等，這段程序被稱為Boot loader。簡言之Boot loader就是在系統(tǒng)上電后開始執(zhí)行，初始化硬件設(shè)備、準(zhǔn)備好軟件環(huán)境、最后調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核。Boot loader的實現(xiàn)非常依賴與具體的硬件，在嵌入式系統(tǒng)中硬件配置千差萬別，即使是相同的CPU，外設(shè)資源也不盡相同，因此需要根據(jù)特定的硬件進(jìn)行移植。

Boot Loader包含兩種不同的操作模式：啟動加載模式和下載模式。上電后，Boot loader從板子上的某個固態(tài)存儲設(shè)備上將操作系統(tǒng)加載到RAM中運(yùn)行，整個過程沒有用戶的介入，一般用于最終產(chǎn)品。下載模式下則在開發(fā)過程中使用，開發(fā)人員可以使用各種命令，通過串口或網(wǎng)絡(luò)等通信手段從宿主機(jī)下載文件(比如內(nèi)核映像，文件系統(tǒng)映像)，將它們直接放入內(nèi)存或是燒入flash類固態(tài)存儲設(shè)備中。

為了在AT91SAM9G20上實現(xiàn)嵌入式操作系統(tǒng)運(yùn)行，AT91SAM9G20采用了三.級引導(dǎo)方式，其Boot Loader程序由三部分組成，即RomBoot、Bootstrap和U-Boot，三.級引導(dǎo)程序的流程如圖1所示。

圖1：三.級引導(dǎo)程序的流程圖

第一級引導(dǎo)程序Romboot固化在AT9lSAM9G20內(nèi)部，上電或復(fù)位后先運(yùn)行這段引導(dǎo)代碼，其作用是將存儲于外部FLASH第二級引導(dǎo)程序Bootstrap加載到CPU內(nèi)部的SRAM中執(zhí)行。Bootstrap存儲在外部FLASH的前4KB空間，其功能包括初始化時鐘、SDRAM控制器以及DEBUG串口等硬件資源，并將第三 級引導(dǎo)程序U-Boot從FLASH加載到SDRAM執(zhí)行。U-Boot將嵌入式Linux操作系統(tǒng)從FLASH引導(dǎo)和加載到SDRAM中，并將CPU的控制權(quán)交給Linux。

本次移植使用的U-boot的版本為1.3.4，限于篇幅，本文不做詳細(xì)的介紹。

內(nèi)核的裁剪編譯

1.準(zhǔn)備工作

從Linux官網(wǎng)下載linux內(nèi)核源碼linux-2.6.30.tar.bz2，并從Atmel官網(wǎng)下載at91sam9g20的補(bǔ)丁文件(2.6.30-at91.patch.gz 和2.6.30-at91-exp.3.tar.gz)。在宿主機(jī)Linux開發(fā)環(huán)境下，建立自己的工作目錄，例如工作目錄為home/work/，將上述三個文件拷貝至工作目錄下，解壓Linux2.6.30，并將2.6.30-at91.patch.gz和2.6.30-at91-exp.3.tar.gz拷貝至Linux2.6.30根目錄下，同時解壓2.6.30-at91-exp.3.tar.gz。完成此部分工作如下圖2所示。

圖2：準(zhǔn)備工作完成