开发: C++知识库 Java知识库 JavaScript Python PHP知识库人工智能区块链大数据移动开发嵌入式开发工具数据结构与算法开发测试游戏开发网络协议系统运维
教程: HTML教程 CSS教程 JavaScript教程 Go语言教程 JQuery教程 VUE教程 VUE3教程 Bootstrap教程 SQL数据库教程 C语言教程 C++教程 Java教程 Python教程 Python3教程 C#教程
数码: 电脑笔记本显卡显示器固态硬盘硬盘耳机手机 iphone vivo oppo 小米华为单反装机图拉丁

-> 系统运维 -> Linux移植到自己的开发板（一） -> 正文阅读

[系统运维]Linux移植到自己的开发板（一）

Windows系统：Windows10 x64
vmware：VMware Workstation 15 Pro
Linux系统：Ubuntu16.04 x64
BootLoader：u-boot-2010.03
Linux内核：Linux2.6
编译链：gcc-3.4.5-glibc-2.3.6
板子介绍：与SMDK2416使用同样的ARM926内核，其它硬件资源都不一样。我们就基于smdk2416移植。

一、uboot跳转到Linux

需进行的工作如下：

1、设置好Linux内核的机器码bi_arch_number，必须与Linux内核支持的机器码相等才能正常启动Linux；
假设想在2440板子上启动内核，则需在board/xxx/mini2440.c的int board_init (void)函数中修改
gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE_SMDK2440; //机器码定义在mach-types.h。
gd->bd->bi_boot_params = xxx; //bi_boot_params是启动参数的地址

2、设置好传递给Linux的启动参数bootargs，bootargs解析：
root：
　　根据文件系统存储的位置（flash、网络）不同，结合实际存储情况进行设置。例如：
　　root=/dev/mtdblockx rw（x=0,1,2…）
　　root=/dev/nfs rw nfsroot=10.103.4.216:/nfsroot/rootfs ip=10.103.4.211
　　root=/dev/ram0 rw
　　
console:
　　console=ttySAC0,115200 控制台使用串口0，波特率115200.
串行端口终端（/dev/ttySn ）
控制终端（/dev/tty ）
控制台终端（/dev/ttyn, /dev/console ）

init:
init 指定的是内核启起来后，进入系统中运行的第一个脚本，一般为init=/linuxrc, /linuxrc指的是/目录下面的linuxrc脚本，一般是一个连接。

initrd, noinitrd:
　当使用ramdisk启动系统的时候，需要指定initrd=r_addr,size。 r_addr表示initrd在内存中的位置，size表示initrd的大小。否则使用noinitrd。

根据实际情况在include/configs/mini2440.h中设置默认的bootargs宏。

3、移植好网络驱动，使开发板和电脑可以进行tftp文件传输；方便调试；

4、用tftp把制作好的内核镜像uImage加载到RAM非首地址；

5、使用bootm XXX指令，加载并执行XXX处的Linux内核镜像uImage；如果校验失败uboot打印失败信息，不会跳转。

二、 Linux内核启动之解压阶段

内核加载位置设置需要修改arch\arm\mach-s3c2410\Makefile.boot (虽然用的是基于SMDK2416的内核代码，但是加载地址修改都是在mach-s3c2410\Makefile.boot)
zreladdr-xxx := 0xX0008000 //linux内核加载地址
params_phys-xxx := 0xX0000100 //uboot传输过来的参数地址

为什么要偏移0x8000呢？因为0xX0000000到0xX0008000被用来存放uboot传递的参数和内核MMU Table。

Uboot成功跳转到内核部分后，Linux首先运行arch\arm\boot\compressed\head.S文件，然后跳转到arm\boot\compressed\misc.c中运行decompress_kernel()函数，进行内核校验和解压：

makecrc();
putstr("Uncompressing Linux...");
gunzip();
putstr(" done, booting the kernel.\n");

putstr打印函数，会调用include\asm-arm\arch-s3c2410\uncompress.h中的static void putc(int ch)函数，如果uboot阶段已经移植好了串口，那这里我们可以直接将putc函数改写为直接往TX FIFO填充数据，即可实现最早期的打印。

static void putc(int ch)
{
	//FILL TX FIFO
}

注意：putc的原有实现函数与我们开发板不符，必须注释掉或者改为自己的打印函数。由于还没有MMU映射，该函数实现使用寄存器的物理地址。

三、 Linux内核启动之汇编阶段

arch\arm\boot\compressed\head.S解压操作执行成功后跳转到 arch\arm\kernel\head.S
在arch\arm\kernel\head.S中，会判断cpu和机器码是否支持。

3.1 __lookup_processor_type，核对CPU：
每个型号的CPU有个参数结构体存在于汇编文件例如arch/arm/mm/proc-arm926.S中，包括CPU ID和掩码等众多信息。该汇编函数读取CPU ID，进行掩码比对，如果内核中有CPU ID与之相等则判断为内核支持该CPU，否则停止运行。

3.2 __lookup_machine_type,，核对机器码；
内核中对于每种支持的开发板都会使用宏MACHINE_START、MACHINE_END来定义一个machine_desc结构，它定义开发板相关的一些属性及函数，比如机器类型ID、起始I/O物理地址、Bootloader传入的参数的地址、中断初始化函数、I/O映射函数等。
我们可以在arch\arm\tools\mach-types.h中仿照smdk2416建立一个自己的开发板型号XXX：

//machine_is_xxx	CONFIG_xxxx			MACH_TYPE_xxx		number
smdk2416		MACH_SMDK2416		SMDK2416			1685

然后在arch\arm\mach-myboard\mach-myboard.c文件中，我们进行如下开发板信息定义，本节只讲解型号名的由来和使用，内部函数后面详细讲解：

MACHINE_START(XXX, "XXXX")
	//.phys_io	= S3C2410_PA_UART, //未用，注释掉
	//.io_pg_offst	= (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc, //未用，注释掉
	.boot_params	= 0xX0000100, // uboot传来的参数的RAM地址
	.init_irq	    = xxx_init_irq, //中断控制器初始化
	.map_io		    = xxx_map_io, //内存重映射，以及部分硬件参数初始化
	//.fixup      	= xxx_fixup,	//内存映射会处理该地址范围，这里将它注释掉
	.init_machine	= xxx_machine_init,//部分初始化函数
	.timer		    = &s3c24xx_timer, //timer初始化，给系统提供心跳时钟
MACHINE_END

所有machine_desc结构体都处于“.arch.info.init”段中，在连接内核时，它们被组织在一起，开始地址为__arch_info_begin，结束地址为__arch_info_end。

做好以上工作后__lookup_machine_type汇编函数就能将uboot传来的机器码与内核支持的机器码比对，一致才能正常运行，否则停止运行。

3.3__create_page_tables:
因为汇编阶段会执行__turn_mmu_on打开MMU，所以必须进行部分地址映射。建立一个临时的page table(将来这个table会被清除，重新建立)。

在该函数后加入串口寄存器映射，这样开启MMU后用虚拟地址也能进行串口打印信息：

add	r0, r4, #0xXX000000 >> 18
orr	r3, r7, #0xXX000000
str	r3, [r0]

3.4 arch\arm\kernel\head-common.S
b start_kernel
跳转到C语言启动函数start_kernel();

四、 Linux内核启动之C语言阶段

汇编语言跳到init\main.c中的asmlinkage void __init start_kernel(void)函数，asmlinkage是一个宏定义，主要是声明这个函数是给汇编代码调用的。
该阶段执行众多初始化函数，根据CPU架构和板级型号不同，又会调用众多板级相关文件，直至完成文件系统启动前的所有工作。
start_kernel–>rest_init–>kernel_thread(init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND)–>init–>
init_post–>run_init_process(execute_command) //execute_command=/linuxrc,由uboot指定。
修改include/asm-arm/arch-s3c2410/system.h的s3c24xx_default_idle()：
void cpu_idle(void)–>default_idle()–>arch_idle()–>s3c24xx_default_idle()，因为板子不同，这里需要把该函数注释掉，不然内核运行崩溃。

五、板级重要函数修改

arch\arm\mach-xxx\mach-xxx.c
板级相关.c文件，把裸机代码中通用的c文件尽量都移植到此处。
include/asm-arm/plat-s3c24xx/xxx.h
板级相关.h文件，其它文件需要引用板级资源时，需要包含该头文件，注意和实际的绝对路径名不同（Linux特殊性）：
#include <asm/plat-s3c24xx/xxx.h>

mach-xxx.c文件包含以下重要的板级相关宏定义：

MACHINE_START(XXX, "XXX")
...
MACHINE_END

MACHINE_START、MACHINE_END都是定义的宏，代码如下

#define MACHINE_START(_type,_name)			\
static const struct machine_desc __mach_desc_##_type	\
 __used							\
 __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {	\
	.nr		= MACH_TYPE_##_type,		\
	.name		= _name,
 
#define MACHINE_END				\
};

简化展开一下，就是定义了一个如下结构体：

	static const struct machine_desc = {
		.nr		= MACH_TYPE_ xXX,
		.name	= xXX,
		.boot_params	= 0xx0000100,
		.init_irq	    = xxx_init_irq, //中断控制器初始化
		.map_io		    = xxx_map_io,
		.init_machine	= xxx_machine_init,
		.timer		    = &s3c24xx_timer, 
	}

5.1 MMU映射函数.map_io
这是该结构体中最先执行的成员函数。作用主要是MMU映射；部分硬件初始化，例如串口，也可以放在该成员函数中。

static void __init xxx_map_io(void)
{
    xxx_init_io();//MMU映射
}

arch\arm\plat-s3c24xx\cpu.c：

void xxx_init_io(void)
{
    iotable_init(xxx_iodesc, ARRAY_SIZE(xxx_iodesc));
}

static struct map_desc xxx_iodesc[] __initdata = {
	{
		    .virtual	= (0xF0200000),
		    .pfn		= __phys_to_pfn(0xXX000000),
		    .length		= 0x00100000,
		    .type		= MT_DEVICE,
    },
	{
		    .virtual	= (0xF0600000),
		    .pfn		= __phys_to_pfn(0xXX000000),
		    .length		= 0x00100000,
		    .type		= MT_DEVICE,
    },
};

asm-arm\arch-s3c2410\memory.h

#define PHYS_OFFSET	UL(0xX0000000)  //很重要，RAM的基地址,内核根据该值映射RAM地址

Linux内核汇编结束后就已经开启了MMU功能，后面使用的所有地址都必须是映射过的。内核会自动完成两部分的映射，一是RAM地址PHYS_OFFSET，即将0xX0000000映射到0xC0000000，大小我们可以在bootargs的mem=XX M指定。第二个是中断向量表0xX0001000映射到0xFFFF0000，大小为0x00001000。因为ARM中断向量表可以存放于两个地址：0和0xFFFF0000。可通过设置ARM寄存器设置用哪个地址的中断向量表。这两部分映射是内核隐式完成，我们只需指定RAM起始地址和要使用的大小。

内核中映射有两种方式。

静态映射：将指定虚拟地址映射到物理地址，虚拟地址是已知的、固定的；

动态映射：ioremap等函数实现，映射的虚拟地址是随机的。因为我们操作寄存器时有一些宏定义操作，地址已知更方便编程，所以采用静态映射。

而struct map_desc xxx_iodesc[]里就是我们指定的静态映射数组，主要映射了串口寄存器等。
.virtual是要映射的虚拟地址，地址范围涉及到内核空间分布知识，IO寄存器映射一般映射到0xF0000000到0xFF000000。
.pfn是要映射的物理地址。
.length是要映射的地址长度。
.type是要映射的地址类型，不同类型的权限是不同的，需要按照地址的属性正确设置，否则会带来意料之外的bug。

arch\arm\mm\mmu.c ：该文件不用改，但调试的时候可能需要用到如下两个函数。

static inline void prepare_page_table(struct meminfo *mi)
{
	/* Clear out all the mappings below the kernel image.*/
	for (addr = 0; addr < MODULE_START; addr += PGDIR_SIZE)
		pmd_clear(pmd_off_k(addr));
}
#define PAGE_OFFSET		UL(0xc0000000)
#define MODULE_END		(PAGE_OFFSET)
#define MODULE_START	(MODULE_END - 16*1048576)

该函数可能会清除我们在汇编语言建立好的映射，所以在该函数之后、xxx_map_io之前，注意虚拟地址的使用问题。

void __init create_mapping(struct map_desc *md)
{
printk(KERN_INFO "map PHYS:0x%08llx ,VIRT:0x%08lx ,length:0x%08lx\n",
		       __pfn_to_phys((u64)md->pfn), md->virtual, md->length);
}