STM32F103 ucLinux开发之四（内核启动后的调试）

Stm32-uclinux启动后的调试

1、  修改__pfn_to_page使得能够启动

根据STM32F103 ucLinux开发之三（内核启动后不正常）的描述，内核无法启动是选择了平板内存模式后，下面两个宏定义，导致计算错误，从而Backtrace的。

#define __pfn_to_page(pfn)     (mem_map + ((pfn) - ARCH_PFN_OFFSET))

#define __page_to_pfn(page)  ((unsigned long)((page) - mem_map) + \

                              ARCH_PFN_OFFSET)

以上两个宏中用到的ARCH_PFN_OFFSET ->

#define ARCH_PFN_OFFSET              PHYS_PFN_OFFSET ->

#define PHYS_PFN_OFFSET      (PHYS_OFFSET >> PAGE_SHIFT) ->

#define PAGE_SHIFT                  12,

#define PHYS_OFFSET     (CONFIG_DRAM_BASE)

#define CONFIG_DRAM_BASE 0x20000000

经过这样一番推算，确实是0x2000 0

根据内存的分配，我修改这里，改为下面的：

#define __pfn_to_page(pfn)    (mem_map + ((pfn) - 0x68000))

#define __page_to_pfn(page)          ((unsigned long)((page) - mem_map) + \

                                      0x68000)

这样，运行在片内FLASH的内核，运行在片外NorFlash的内核都可以正常启动了。

2、  微内核制作文件initramfs

微内核运行在片内的FLASH中，其中编译好的xipImage，里面包含一个压缩的cpio格式的initrd，这个initrd占据了一段空间，这样内核不能添加其它模块，而initrd也限制了大小，有必要将内核和initrd分离。

initramfs_data.cpio.gz与内核分离，放在片外的norflash，在populate_rootfs函数，解压initramfs_data.cpio.gz，实际是解压initrd_start开头的内容，挂载根文件，这样与Android的启动非常类似。需要做的修改：

修改1：\init\initramfs.c

//if (err)

         //panic(err);    

           此处解压会出错，err返回一个大于0的数值，所以先注释掉。  

修改2：原来编译busybox后，生成的 initramfs-filelist 文件，每次编译都会重新生成。将这个文件减少为4行，创建/   /dev   /rooot   /dev/console四个；

在vendors/STMicroelectronics/STM3210E-EVAL-MCU_Flash/gen-initramfs-filelist.sh文件中，除了第一行外，用if [0]; then限制，这样每次整个编译的时候，就不会修改内核目录linux-2.6.x下面的initramfs-filelist文件了

修改3：boot中的参数添加initrd=0x64200000,128K（暂定起始地址是0x6420 0000，大小是128K）。

initramfs_data.cpio.gz的解压与制作

        解压缩：

                   gunzip   initramfs_data.cpio.gz

                   mkdir    temp

                   cd       temp

                   cpio    -i   -F  ../initramfs_data.cpio.gz --no-absolute-filename               //千万要加后面的--no-absolute-filename，不然虚拟机会处问题

         重新压缩打包：

         cd   romfs/

    find . | cpio -o -H newc | gzip > ../initramfs_data.cpio.gz

3、  Busybox单独编译

原始编译过程中，busybox跟着一起编译，但是提供的命令非常有限，要添加命令，就需要单独编译busybox。需要做的修改：

修改1：编译命令为： 

Make ARCH=arm CROSS_COMPILE=/root/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/bin/arm-uclinuxeabi- ROOTDIR=/opt/stm32uclinux/uClinux-dist/

修改2：Makefile中修改CC等，加入CPUFLAG

           CPUFLAGS := -march=armv7-m -mthumb

           CC        = $(CROSS_COMPILE)gcc $(CPUFLAGS)

           AS        = $(CROSS_COMPILE)as $(CPUFLAGS)

           CXX       = $(CROSS_COMPILE)g++ $(CPUFLAGS)

           AR        = $(CROSS_COMPILE)ar

           LD        = $(CROSS_COMPILE)ld $(CPULDFLAGS)

           OBJCOPY   = $(CROSS_COMPILE)objcopy

           RANLIB    = $(CROSS_COMPILE)ranlib

           ELF2FLT   = elf2flt

           STRIPTOOL = $(CROSS_COMPILE)strip

           STRIP     = $(STRIPTOOL)

4、  jfss2文件系统制作

运行在片外NorFlash的内核，挂载了jfss2格式的文件系统，而这个文件系统是只读的，调试应用程序的时候，就需要重新生成这样的文件系统，然后下载到norflash中。

假设当前目录下，包含romfs、原始的device.tab，则执行下面的命令，会生成rootfs.img.bin

/opt/stm32uclinux/uClinux-dist/user/mtd-utils/build/mkfs.jffs2 -D device.tab -o rootfs.img.bin -q -x rtime -x zlib -d romfs/

5、  如何调试，在片外SRAM运行，省去每次写Flash操作

无论是运行在片内、还是片外，每次少些内核都需要擦除和写入FLASH，这个时间比较长，不利于调试程序。而开发板有网口，可以在boot支持tftp下载，将内核下载到片外的SRAM中，然后boot跳转到SRAM中执行内核。

5.1 修改内核编译启动地址，让其在SRAM内运行

如下图所示，修改内核启动后的执行地址为0x6800 1000，让出前面4K的空间，用于存放boot参数信息等。

还要修改arch\arm\kernel\vmlinux.lds.S文件中，原来如下面所示，这样将数据段编译到了0x2000 0000开头的地方。

_etext = .;                           /* End of text and rodata section */

#ifdef CONFIG_XIP_KERNEL

         __data_loc = ALIGN(4);            /* location in binary */

         . = PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET;

#else

         . = ALIGN(THREAD_SIZE);

         __data_loc = .;

#endif

修改为下面这样的，这样数据段，就会更在内核代码段的后面，所有的内容都编译了片外SRAM。

_etext = .;                           /* End of text and rodata section */

#ifdef CONFIG_XIP_KERNEL

         . = ALIGN(THREAD_SIZE);

         __data_loc = .;

#else

         . = ALIGN(THREAD_SIZE);

         __data_loc = .;

#endif

5.2 无法运行时，修改中断向量位置

按照5.1那样，编译出来的中断向量也防止到片外。在arch\arm\mm\proc-v7m.S的__v7m_setup段，原来是下面所示，将中断向量的位置写入向量表基址寄存器，而内核编译到片外以后，这个地址vector_table也在片外。Stm32f103的中断向量不能防止到片外，这里需要修改。

@ Configure the vector table base address

         ldr    r0, =0xe000ed08               @ vector table base address

         ldr    r12, =vector_table

         str    r12, [r0]

修改为下面这样，将编译好的中断向量表的内容复制到0x20008000开始的地方，然后将0x20008000设置到向量表基址寄存器。

ldr    r0, =vector_table

         ldr   r5, =0x20008000

         Add  r6, r0, #0x120                   

1:      ldr    r12, [r0], #4

         str    r12, [r5], #4

         cmp r0, r6

         bne  1b

         @ Configure the vector table base address

         ldr    r0, =0xe000ed08               @ vector table base address

         ldr    r12, =0x20008000

         str    r12, [r0]

5.3 修改norFlash文件系统分区，使得自行编译过的busybox文件系统可以运行

在drivers\mtd\maps\stm3210e_eval_mtd_map.c文件中，调整分区，如下所示。

static struct mtd_partition stm3210e_eval_flash_partitions [] = {

{

         .name = "Kernel raw data",

         .offset = 0,

         .size = 0x00100000,

         .mask_flags     = MTD_WRITEABLE, /* force read-only */

         },

         {

         .name = "rootfs",

         .offset = 0x00100000,

         .size = 0x00C00000,

         },

         {

         .name = "rawdata",

         .offset = 0x00D00000,

         .size = 0x30000,/* MTDPART_SIZ_FULL will expand to the end of the flash */

         },

         {

         .name = "cramfs_partition",

         .offset = 0x00D30000,

         .size = 0x30000,/* MTDPART_SIZ_FULL will expand to the end of the flash */

         },

};

将文件系统的大小由原来的384K，调整为12M，其它分区大小不变，位置需要跟着调整。

6、  三种方式运行速率

采用第5部分调试后，内核运行在了片外SRAM中。跟运行在片内Flash，片外的norflash中相比，速率有明显的差异，以BogoMIPS为比较，如下面所示。

片内：                           164864     32.97                 基本准确，时钟是72M

片外SRAM：                   9280         1.85         

片外norflash：                4096         0.81

系统时钟是72M，所以运行在片内FLASH是正常的，而其它两个位置，速率都非常的慢，系统变得异常了。考虑到应用程序最终要运行在片外的SRAM中，而系统运行这么慢，所以这种方式不适合ucLinux开发，不再尝试了。下面给出一个异常的例子。

7、  串口的过载

微内核运行在片内的Flash中，initramfs启动后，在超级终端上输入命令，可以看到输出，然后点击PC键盘上的向上箭头，可以看到上一条输入的命令。

而无论运行在片外SRAM，还是norflash，挂载文件系统后，点击PC键盘上的向上箭头，都会打印出ttySA0 input overrun(s)，意思就是传开口过载了。

跟踪程序发现，就是串口收到的字符没有来得及读取完毕，下一个字符有到来了，这样就会出现过载。而点击PC键盘上的向上箭头，串口会连续收到0x1B 5B 41 ，3个字节的数据。运行在片外SRM或者norflash中，系统缓慢到，连串口的3个字节数据都处理不了，其它的外设也许也会出现异常。