基于ARM平台的Linux内核移植研究
2015-01-21沙晓艳肖宁
沙晓艳 肖宁
摘要：以S3C2440（ARM920T核）微处理器为核心，搭建硬件平台，通过对Linux2.6.32.2的源代码结构进行分析，进一步修改和优化内核，同时完成整个移植过程的配置和编译，实现Linux内核成功移植到开发板的实验效果。
关键词：S3C2440 Linux内核 内核移植
0 引言
随着计算机、Internet技术的不断发展，嵌入式系统得到广泛应用，同时嵌入式操作系统逐渐成为其中的重要组成部分。对于嵌入式Linux来说，通过对普通Linux操作系统进行裁剪、修改，通过嵌入的方式，使之运行在计算机系统上[1]。将Linux内核移植到一些典型的微控制器和微处理器上，成为前嵌入式Linux的一个热点应用，通过提供操作系统层面的支持，进一步开发嵌入式系统应用软件。
1 Linux内核结构分析
1.1 Linux内核 Linux内核是Linux操作系统的核心，也是整个Linux功能的体现。Linux内核主要由5个子系统组成：进程调度、内存管理、虚拟文件系统、网络接口、进程间通信[2]。
各个子系统之间的依赖关系如图1所示。
图1 子系统之间的关系
1.2 内核源码 Linux内核源码使用目录树结构，通常位于/usr/src/linux目录中，如图2所示。在Linux的源码根目录下存在大量子目录，分别组织存放各种内核子系统或文件的。其中，arch/
2 内核移植过程
内核移植一般包括内核配置、内核编译和内核下载3大部分。
2.1 内核配置 因为2.6.32版本的linux内核已经对S3C2440全系列硬件做了较好的兼容，大部分选项可以使用其缺省值。配置時，主要选择：处理器类型、板级支持、对设备驱动及文件系统的支持。
2.1.1 搭建交叉编译环境。修改源代码根目录下的Makefile，将默认编译平台
Export KBUILD_BUILDHOST：=$（SUBARCH）
ARCH ？= $（SUBARCH）
CROSS_COMPILE ？=
改为：
Export KBUILD_BUILDHOST：=$（SUBARCH）
ARCH ？= arm
CROSS_COMPILE ？=arm-linux-
其中，ARCH是指定编译的目标平台为arm，CROSS_COMPILE是指定交叉编译器。如果使用其他的编译环境，则要把编译器的全部路径写出。
2.1.2 设置NAND FLASH 分区。将NAND FLASH分成2个区：Kernel、Rootfs，其中name表示分区的名称，size表示分区的大小，offset表示分区在Flash中的起始地址。代码在arch/arm/plat-s3c24xx/common-smdk.c中，将此结构体中的内容：
static struct mtd_partition smdk_default_nand_part[] = {}
修改为：
static struct mtd_partition smdk_default_nand_part[] = {
[0] = {
.name = "kernel"，
.size = SZ_2M，
.offset = 0，
}，
[1] = {
.name = "rootfs system"，
.offset = SZ_2M，
.size = SZ_64M，
}
};
2.1.3 设置晶振频率
代码在arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c 中，将代码：
s3c24xx_init_clocks（16934400）;
改为：
s3c24xx_init_clocks（12000000）;
2.1.4 修改内核配置。在指定交叉编译环境后，输入make menuconfig命令，打开Linux的内核配置界面，如图3所示。针对特定的硬件平台适配内核参数。
图3 内核配置界面
①系统配置
System Type--->
[*]MMU-based Paged Memory Management Support│
ARM system type （Samsung S3C2410， S3C2412， S3C2413， S3C2440， S3C2442， S3C2443） --->
S3C2410 Machines--->
[*]SMDK2440
[*]SMDK2440 with S3C2440 CPU module，其余不选。
②串口驱动
Device Drivers --->
<*>Memory Technology Device （MTD） support ---> [*]MTD partitioning support ，其余不選。
Device Drivers --->
Character devices --->
Serial drivers --->
<*>Samsung SoC serial support [*]Support for console on Samsung SoC serial port <*> Samsung S3C2440/S3C2442 Serial port support （NEW） ，其余不选。
③文件系统
File systems --->
Miscellaneous filesystems--->
<*> Journaling Flash File System v2（JFFS2） support，其余不选。
④内核设置
Kernel Features--->
[*]Use the ARM EABI to compile the kernel，其余不选。
2.2 内核编译 内核的编译一般分为2步：建立内核映像，建立内核模块。在2.6内核中建立内核依赖关系和建立内核是同时完成的。只需：①利用#make uImage命令，生成映像uImage（能被uboot识别的内核镜像（只对于uboot））。②利用#make modules命令，建立内核模块。
2.3 内核移植 一般来说与开发板通信有3种方式：网络下载（tftp，ftp等）、串口下载和USB下载。用tftp下载，需要配置Linux下的tftp服务，然后将PC和开发板直连线（非网线）即可;用串口下载，需要配置Linux下的串口通信工具Minicom，配置的主要是一些重要参数。
实验中，通过tftp将内核直接下载到开发板的内存中。在网络畅通的情况下，执行下面的命令：
# tftp 30000000 uImage
把linux内核下载到开发板的内存的30000000中地址处。
3 内核启动
内核移植后，要使系统正常启动，只有系统内核是不够的，还需要加载文件系统，一般是把现有文件系统加载到目标板，包括制作文件系统镜像和用NFS加载文件系统方法。然后，通过串口线与PC相连，给开发板供电，打开开关，内核就可以加载，如图4所示。
4 总结
本文分析了Linux-2.6.32.2内核源代码，研究了Linux内核移植过程。针对具体硬件设备、文件系统及应用对内核代码做了相应的配置，完成了基于ARM平台的S3C2440处理内核的移植过程，取得了预期的实验结果。
参考文献：
[1]赵小林.嵌入式Linux系统研究与网络设备驱动程序开发[J]. 武汉理工大学，2007.5
[2]刘文，徐磊等.基于ARM平台的Linux内核分析与移植研究[J].现代计算机，2011.04.
[3]何云霞.嵌入式Linux系统移植与实现[J].电子科技大学， 2009.5.
[4]刘洪涛，孙天泽.嵌入式系统技术与设计[M].人民邮电出版社，2009.1.
基金项目：本文系陕西职业技术学院国家骨干院校建设子项
目——计算机应用专业重点课程建设阶段性研究成果。
作者简介：沙晓艳（1972-），女，陕西西安人，陕西职业技术学院副教授，研究方向：教育教学、嵌入式应用;肖宁（1975-），女，陕西西安人，陕西职业技术学院讲师，研究方向：计算机专业教学、智能计算。
