uClinux在嵌入式系統(tǒng)中的移植研究

1 引言

uClinux作為L(zhǎng)inux衍生操作系統(tǒng)，具有支持多任務(wù)、內(nèi)核精簡(jiǎn)、高效、穩(wěn)定和源代碼開放等優(yōu)點(diǎn)，專門應(yīng)用于無(wú)MMU微處理器的嵌入式系統(tǒng)[1]。將uClinux應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為許多嵌入式開發(fā)人員的選擇。本文針對(duì)基于三星公司生產(chǎn)的ARM系列微處理器S3C44B0的硬件平臺(tái)，詳細(xì)論述移植uClinux 的過(guò)程，主要包括BootLoader的設(shè)計(jì)， uClinux內(nèi)核的修改，交叉編譯環(huán)境的建立，uClinux內(nèi)核的配置，編譯及連接，映像文件的下載及運(yùn)行。

2 硬件環(huán)境

硬件平臺(tái)以S3C44B0為核心，采用的外部晶振頻率為10MHz，內(nèi)核主頻最高可達(dá)到64MHz；通過(guò)RS232接口與上位機(jī)通訊；外接JTAG 接口，支持在線調(diào)試；采用SST39VF1601(2M字節(jié))作為程序存儲(chǔ)器,對(duì)應(yīng)的地址空間為0x00000000-0x001fffff；采用 HY57VF641620 (8M 字節(jié))作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器, 對(duì)應(yīng)的地址空間為0x0c000000-0x0c7fffff。硬件框圖如圖1所示。

圖 1 硬件框圖

3 uClinux的移植

3.1 移植思路

硬件環(huán)境確定以后，首先，要為uClinux設(shè)計(jì)一個(gè)BootLoader，通過(guò)BootLoader來(lái)初始化硬件，引導(dǎo)uClinux運(yùn)行。 Bootloader設(shè)計(jì)可以在ads中實(shí)現(xiàn)。然后，針對(duì)硬件環(huán)境，和設(shè)計(jì)的BootLoader修改uClinux內(nèi)核。接下來(lái)，在Linux操作系統(tǒng)下建立編譯uClinux的交叉編譯環(huán)境。最后，配置、編譯、連接uClinux，下載編譯得到的映像文件到Flash，通過(guò)BootLoader來(lái)啟動(dòng) uClinux。

3.2 Bootloader的設(shè)計(jì)

BootLoader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序．通過(guò)這段小程序，我們可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，以便為最終轉(zhuǎn)到操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好合適的環(huán)境．這里設(shè)計(jì)的BootLoader主要有啟動(dòng)、下載和燒寫引導(dǎo)uClinux的功能。BootLoader完成初始化工作后會(huì)通過(guò)串口在Windows的終端顯示如下信息：0: tftp download 1: Write NorFlash with download file 2: Boot uClinux

在終端的提示符“/”下輸入0、1或2分別代表選擇功能0、功能1或功能2。BootLoader執(zhí)行對(duì)應(yīng)的操作，功能0利用TFTP網(wǎng)絡(luò)傳輸程序到SDRAM，默認(rèn)下載地址為0x0c000800；功能1下載程序到 flash，uClinux的映像文件image.rom的下載地址為0x00010000, Romfs.img的下載地址為0x00100000。這兩個(gè)下載地址不是任意的，前一個(gè)地址與BootLoader的功能2有關(guān)；后一個(gè)地址與 uClinux的文件系統(tǒng)定位有關(guān)。具體確定方法在下文論述；功能2啟動(dòng)燒寫到Flash的uClinux。[2]

因?yàn)楸疚牡闹攸c(diǎn)是uClinux的移植，所以這里不再詳述BootLoader的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程，只介紹一下與uClinux相關(guān)的地方：（1）因?yàn)?uClinux要利用S3C44B0的串口輸出一些信息，所以BootLoader初始化過(guò)程中要設(shè)定處理器的主頻，uClinux根據(jù)這個(gè)主頻來(lái)設(shè)定串口寄存器，得到一定數(shù)值的波特率。本文選擇的主頻為61Mhz，波特率為115200。（2）執(zhí)行功能2時(shí)，會(huì)調(diào)用一個(gè)MoveRun函數(shù)：

Void MoveRun(void)

{void (*fp)(U32,U32)=(void(*)(U32,U32))0xc300000; //0xc300000為uClinux的運(yùn)行地址

NorFlashRead(0xc300000,0x10000,0x160000) ; //將燒寫到0x10000處的image.rom移到//0xc300000

(*fp)(0, 0); //啟動(dòng)uClinux

}

(3) 啟動(dòng)uClinux后，image.rom在0xc300000處自解壓，并在0x0c000000處放置uClinux 的中斷向量表。即使uClinux 內(nèi)核已經(jīng)得到處理器的控制權(quán)運(yùn)行，一旦發(fā)生中斷，處理器還是會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到從0x0地址開始的第一級(jí)中斷向量表中的某個(gè)表項(xiàng)（依賴于中斷類型）處讀取指令運(yùn)行。所以在編寫B(tài)ootLoader時(shí)，地址0x0處的一級(jí)異常中斷矢量表只需簡(jiǎn)單地包含向0x0c000000處的中斷向量表的跳轉(zhuǎn)指令就可以，這樣就能夠正確地將發(fā)生的事件交給uClinux的中斷處理程序來(lái)處理，BootLoader的第一級(jí)異常中斷向量表如下所示：

b ResetHandler ;//跳轉(zhuǎn)到初始化部分

ldr pc,=0x0c000004; // Undefined Instruction Handler

ldr pc,=0x0c000008; // Software Interrupt Handler

ldr pc,=0x0c00000c; // Prefetch Abort Handler

ldr pc,=0x0c000010; // Data Abort Handler

b .

ldr pc,=0x0c000018; //IRQ Handler

ldr pc,=0x0c00001c; //FIQ Handler