linux系统构建学习笔记

嵌入式系统构架：(硬件+软件）
应用软件层：
 Application
 GNU C Library(glibc)
文件系统：

系统层：
 API(Systern Call Interface)
 OS Core + Power Mannager+ File Manager + GUI Mannager
 TCP/IP HTTP WAP DataBase Browser
 DDI(Device Drver Interface)
 板级支持：BSP：Board Support Package
       OEM Adaptation Layer
       Device Driver Inerface
      Bootloader    
硬件层：
 CPU,Exiternal devices

嵌入式linux系统组成:

启动加载：bootloader:vivi u-boot
内核：kernel
根文件系统：yaffs

系统应用：web server
图形界面系统：QTE

搭建基于ARM的嵌入式的linux交叉开发环境：

构建嵌入式Linux开发环境=构建交叉编译环境
目标机资源少，开发机（PC）不能编译和运行。
PC机编写调试，下载到目标机运行,实现跨平台开发。

包含：
开发机linux操作系统:redHat,fedora,ubuntu

基本服务：
 tftp 文件传输,下载内核或文件
 先安装xinuetd服务。
 xinetd-2.3.14-18.fc9.i386.rpm  
 tftp-server-0.48-3.fc9.i386.rpm
 tftp-0.48-3.fc9.i386.rpm
 nfs ：Network File System网络文件系统（默认已安装）
  开发板的根文件系统挂接在PC机的共享目录上。

基本软件：Qemu：在PC机上模拟ARM开发板运行环境
     如果没有zlib库，先安装zlib库。
  zlib-1.2.7.tar.gz
  mini2440-HEAD1.tar.gz

交叉编译工具链(设备提供商定制)
 arm-linux-gcc-4.3.2.tgz
 交叉编译器   arm-linux-gcc,arm-linux-g++   
 交叉汇编器： arm-linux-as    
 交叉链接器：arm-linux-ld 
 调试器：gdb
 库：lib 
 二进制工具:binutils：arm-linux-readelf,arm-linux-ar,arm-linux-ranlib,arm-linux-objcopy

开发所需各种源代码：
 内核源代码：linux-2.6.32.2-mini2440-20100113.tgz
 qt工具源代码：x86-qtopia-20100108.tar.gz
    arm-qtopia-20100108.tar.gz
 文件系统源代码：busybox-1.13.3-mini2440.tgz
 测试实例程序源代码：examples-20100108.tar.gz
 启动引导程序源代码：vboot-src-20100106.tar.gz
      bootloader.tgz
 目标文件系统源代码：root_qtopia-20100108.tar.gz

开发所需各种工具：
 目标文件系统映象制作工具mkyaffs2image：把root_qtopia目录制作成镜像文件（可烧入目标板中）
  mkyaffs2image.tgz
 安装logo制作工具LogoMaker：
  logomaker.tgz

*****************---BootLoader---*******************

开机后运行的第一个软件代码，初始化硬件，和读入操作系统。基于特定的硬件平台。

Nand Flash存储结构:
 BootLoader +Boot parameters
 Kernel
 Root filesystem

vivi: 韩国Mizi公司，被三星收购
RedBoot :红帽子公司嵌入式调试程序
U-Boot:Univeral Bootloader 德国DENX小组开发，支持多种处理器。多种嵌入式操作系统。

两种模式：

启动加载模式：（自举Autonomous）

stage1（汇编）:地址:0x00000000
1.基本硬件设备初始化
  关闭中断，关闭看门狗，配置PLL，配置内存，初始化各工作模式堆栈，配置中断，拷贝RW段，初始化ZI段
2.为阶段2代码准备RAM空间
3.拷贝stage2代码到RAM空间
4.设置好堆栈
5.跳转到stage2的C程序入口点

stage2（C语言）：
1.初始化本阶段使用到的硬件
   至少一个串口，网络，USB等，用来和用户I/O输出信息。
2.检测系统内存映射（memory map）。
3.将kernel和根文件系统映像从flash读到RAM空间。
4.为kernel设置启动该参数
5.调用内核
 CPU寄存器：R0为0；R1为机器类型ID；R2为启动参数。(机器类型参见 linux/arch/arm/tools/mach-types目录)
 CPU模式：SVC模式，禁止中断IRQs,FIQs
 MMU和Cache设置：MMU必须关闭，指令Cache可开可不开，数据Cache必须关闭。

下载模式：(DownLoading)

1.supervivi命令中【a】能将文件下载到nandFlash中，而【d】只下载到内存并执行
2.下载线下载到flash用USB，而串口线来传输命令，与用户进行交互，以用来控制

系统引导方式：
1.是用flash存储设备
2.使用磁盘设备
3.通过网络引导，适合在开发阶段
    1.通过tftp下载系统内核
    2.内核运行时，通过NFS挂装根文件系统

U-Boot源代码目录结构：
Board：开发板相关文件
Cpu：CPU架构相关代码
Common:实现Uboot支持命令
Disk:对磁盘的支持
Doc：文档目录
Drivers：设备驱动程序
Fs:文件系统的支持
Include：头文件
    configs:开发板相关配置头文件
    asm：CPU体系结构相关头文件
Net:网络协议栈相关代码，tftp，rarp
Tool：生成Uboot的工具源代码，mkigmage，crc等。

Makefile：1.执行各种board相关配置
          2.编译生成uboot.bin文件

生成Uboot.bin步骤:
    1.选择要使用的board
   make smdk2410_config

   2.编译生成u-boot.bin
   make CROSS_COMPILE=arm-linux-

已经移植好的MINI2440的UBOOT软件包：
tekkamanninja-U-boot-2009.11_tekkaman-16deca6.tar.gz
1.使用：在board下已经做好了一个/tekkamanninja/nini2440/
  修改Makefile文件，编译工具为arm-linux-
  make mini2440_config
  make

2.自己修改.
 1.board下建立自己的开发板目录my2440，复制相近的各种板文件,改名字my2440.c
 2.在include/configs下通过复制增加自己的my2440.h头文件
 3.修改第一阶段代码cpu/arm920t/start.s
 4.修改第二阶段代码lib_arm/board.c
 5.Makefile修改：1.board下my2440的Makefile中的生成目标文件
                 2.顶层的Makefile中的综合资源编译方式
 6.按照上面的方式生成u-boot.bin文件。

u-boot代码分析：
第一阶段：cpu/arm920t/start.s
    从start_code 开始， _start_armboot跳转到.c文件

设置CPU的模式为SVC模式
关闭看门狗
禁掉所有中断
设置以CPU的频率
把自己拷贝到RAM
配置内存区控制寄存器
配置的栈空间
进入C代码部分

第二阶段：lib_arm/board.c,进入到main_loop()命令行循环，接受用户的输入命令。然后进项相应工作。
main_loop()函数定义在include/common.h中，实现在common目录下的main.c中

输入启动linux命令，u-boot将kernel映像（zImage）从NandFlash上读到RAM中，为内核设置启动参数，启动liunx

编译完成后，在连接前，需要读取链接分配文件cpu/arm920t/uboot.lds
OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(_start)
SECTIONS
{
 . = 0x00000000;

 . = ALIGN(4);
 .text :
 {
  cpu/arm920t/start.o (.text)
  board/tekkamanninja/mini2440/lowlevel_init.o (.text)
  board/tekkamanninja/mini2440/nand_read.o (.text)
  *(.text)
 }

 . = ALIGN(4);
 .rodata : { *(SORT_BY_ALIGNMENT(SORT_BY_NAME(.rodata*))) }

 . = ALIGN(4);
 .data : { *(.data) }

 . = ALIGN(4);
 .got : { *(.got) }

 . = .;
 __u_boot_cmd_start = .;
 .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }
 __u_boot_cmd_end = .;

 . = ALIGN(4);
 __bss_start = .;
 .bss (NOLOAD) : { *(.bss) . = ALIGN(4); }
 _end = .;
}

*****************---Linux内核---*******************

Linux组成结构：
  用户空间
 User Applications
      GNU C Library(glibc)

  系统空间
     Systerm Call Interface
     Kernel
     Architectur-Dependent Kernel Code

在x86中，用户运行于cpu的Ring3，系统空间运行在Ring0（特权指令）；
在ARM中，用户运行于cpu的usr用户模式（有限制），系统空间运行在sys系统模式（特权指令）；
用户程序通过系统调用和硬件中断转到内核空间。

内核组成：
System Call Interface(SCI)
  为用户空间提供标准系统调用函数。

Memory Management(MM) 内存管理
控制多个进程安全共享内存

Process Management(PM) 进程管理
1.创建进程
2.停止进程
3.控制：进程调度，共享CPU
4.通信

Virtual File System(VFS) 虚拟文件系统
Ext2,FAT,NFS

Network Stack  网络协议栈
网络协议

Arch
Device Drivers(DD)

源代码分析(树形结构)：
arch
存放平台相关的代码
   arm/boot:内核引导代码（compressed/head.S，内核解压缩）
   arm/kernel,lib,mm:内核实现（信号，时钟），硬件相关工具函数，内存管理
   arm/mach-s3c2410:
   arm/tools:在mach-types中保存了linux支持的所有开发板机器编号
   arm/configs:可参考的内核配置文件

block
 部分块设备驱动程序

crypto
  加密，压缩，CRC校验算法

documentation
 内核的文档

drivers
设备驱动程序，占整个内核代码一大半。

fs
ext2
fat
每个子目录对应一种文件系统实现

include
内核所需要的头文件
与平台相关的头文件放在相应的子目录中
include/asm-arm/s3c2410
与平台无关的头文件在linux子目录下。

init
内核初始化代码（非引导代码），相当于main函数
main.c   version.c
 
ipc
进程间通信的实现代码

kernel
Linux主核心大妈，包括进程管理和irq
与平台相关的代码在arch/arm/kernel下

lib
库文件代码

mm
与平台无关的内存管理部分
与平台相关的代码在arch/arm/mml下

net
网络协议的实现代码
ipv4

samples
一些内核编程的范例

scripts
配置内核的脚本

security
SElinux的模块

sound
音频设备驱动程序

usr
cpio命令实现

virt
内核虚拟机

内核配置步骤：
配置
Kconfig:arch/arm/Kconfig
        1.控制make menuconfig时出现配置选项
        2.根据用户的选择生成.config配置文件
.config:编译的时候，Makefile将用它来决定哪些要，哪些是模板，哪些不要。
   1.make menuconfig  手动选择来配置(生成).config
   2.make mini2440_defconfig 按开发板的默认配置.config

1.*清理：make distclean
2.配置：make menuconfig

编译：
顶层Makefile
1.决定根目录下哪些文件和目录编进内核
2.设置文件编译链接选项
3.根据链接脚本arch/arm/kernel/**.lds组织文件生成映像文件

子目录Makefile(Kbuild)
1.决定当前子目录下哪些文件和目录编进内核
2.设置当前目录下所有文件编译链接选项

3.编译:make zImage
       make uImage
       make modules
vmlinux(未压缩)->zImage(压缩)->bzImage（解压缩至高端内存，内核较大用） ->uImage（U-boot用）

定制自己的linux系统：

在arch/arm/tools/mach_types有对mini2440的支持1999,内核启动时传入MACH_TYPE确定启动哪种平台。
由于mini2440和smdk2440电路一样，所以可以用smdk2440.c来复制一个自己的mini2440.c

一、搭建环境
二、定义系统硬件资源驱动部分
  1.NandFlash
  2.移植yaffs2文件系统

*****************---文件系统---*******************

文件管理系统：操作系统中负责管理和存储文件信息的软件机构。
组成：管理软件+文件+数据结构

常用文件系统

日志文件系统：数据完整，但系统资源消耗多，适用于硬盘
Ext3
Ramdisk文件系统
RomFS文件系统
CRAMFS
JFFS2 文件系统

YAFFS2(Yet Another Flash filesystem)
为Nandflash设计的日志文件系统

启动过程：
1.内核最后启动init进程。位于init/main.c中的（init_post()函数）
打开/dev/console设备文件
ramdisk_exiecut_command变量指定了要寻星的程序：
依次寻找：/sbin/init,  /etc/int,  /bin/init ,bin/sh中的程序， 启动找到的第一个程序
执行/sbin/init时的环境参数为“HOME=/”,"TERM=linux"

init启动系统：位于busybox/init/init.c
初始化控制台：若内核init启动搞了console则使用指定设备，若没有打开则用/dev/null
解析inittab
执行inittab命令,每个条目用来定义一个子进程的启动方式。
 
启动后，运行的第一程序是根目录下的linuxrc，指向/bin/busybox连接
busybox试图解析/etc/inittab进一步获取初始化信息
在init/init.c中的parse_inittab()函数中的new_init_action(SYSINIT,INIT_SCRIPT,""),所以接下来执行
INIT_SCRIPT定义的值，为/etc/init.d/rcS

文件系统的构建所需文件：
busyBox：集成压缩了许多linux工具和命令。
root_qtopia：提供了文件系统所需的库文件。
Mkyaffs2image：yaffs文件系统制作工具(在yaffs2中也有)。

文件系统的构建步骤：
1.创建自己定制的文件系统的目录结构
2.完成库文件的定制
3.编译配置busuybox
4.文件系统中配置文件的制作
5.制作文件系统映像

qt移植
qtcreator在windows下编写了qt应用程序 - 交叉编译 - 下载到开发板上运行
qt应用程序的跨平台性特点 -- 一次编程到处编译
对于在windows下开发的qt应用程序，在移植到开发板之前必须在linux下使用交叉编译工具进行编译
实现过程
开发板上构建交叉编译环境
在windows下或者linux下开发应用程序
使用交叉编译器进行编译
下载
运行

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