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1、ARM 的嵌入式 Linux 移植体验之操作系统在笔者撰写的C 语言嵌入式系统编程修炼之道一文中，主要陈诉的软件架构是单任务无操作系统平台的，而本文的侧重点则在于讲述操作系统嵌入的软件架构，二者的区别如下图：嵌入式操作系统并不总是必须的，因为程序完全可以在裸板上运行。尽管如此，但对于复杂的系统，为使其具有任务管理、定时器管理、存储器管理、资源管理、事件管理、系统管理、消息管理、队列管理和中断处理的能力，提供多任务处理，更好的分配系统资源的功能，很有必要针对特定的硬件平台和实际应用移植操作系统。鉴于 Linux 的源代码开放性，它成为嵌入式操作系统领域的很好选择。国内外许多知名大学、公司、研究机
2、构都加入了嵌入式 Linux 的研究行列，推出了一些著名的版本：RT-Linux 提供了一个精巧的实时内核，把标准的 Linux 核心作为实时核心的一个进程同用户的实时进程一起调度。RT-Linux 已成功地应用于航天飞机的空间数据采集、科学仪器测控和电影特技图像处理等广泛的应用领域。如 NASA(美国国家宇航局)将装有RT-Linux 的设备放在飞机上，以测量 Georage 咫风的风速；uCLinux（Micro-Control-Linux ，u 表示 Micro，C 表示 Control）去掉了MMU（内存管理）功能，应用于没有虚拟内存管理的微处理器/微控制器，它已经被成功地移植到了很多
3、平台上。本章涉及的 mizi-linux 由韩国 mizi 公司根据 Linux 2.4 内核移植而来，支持S3C2410A 处理器。1.Linux 内核要点和其他操作系统一样，Linux 包含进程调度与进程间通信(IPC)、内存管理(MMU)、虚拟文件系统(VFS)、网络接口等，下图给出了 Linux 的组成及其关系：Linux 内核源代码包括多个目录：（1）arch ：包括硬件特定的内核代码，如 arm、mips、i386 等；（2）drivers：包含硬件驱动代码，如 char、cdrom、scsi、mtd 等；（3）include：通用头文件及针对不同平台特定的头文件，如 asm-i3
4、86、asm-arm 等；（4）init：内核初始化代码；（5）ipc：进程间通信代码；（6）kernel：内核核心代码；（7）mm：内存管理代码；（8）net：与网络协议栈相关的代码，如 ipv4、ipv6、ethernet 等；（9）fs ：文件系统相关代码，如 nfs、vfat 等；（10 ）lib ：库文件，与平台无关的 strlen、strcpy 等，如在 string.c 中包含：char * strcpy(char * dest,const char *src)char *tmp = dest; while (*dest+ = *src+) != )/* nothing */;r
5、eturn tmp;（11） Documentation：文档在 Linux 内核的实现中，有一些数据结构使用非常频繁，对研读内核的人来说至为关键，它们是： 1.task_structLinux 内核利用 task_struct 数据结构代表一个进程，用 task_struct 指针形成一个task 数组。当建立新进程的时候，Linux 为新的进程分配一个 task_struct 结构，然后将指针保存在 task 数组中。调度程序维护 current 指针，它指向当前正在运行的进程。2.mm_struct每个进程的虚拟内存由 mm_struct 结构代表。该结构中包含了一组指向 vm-area
6、_struct 结构的指针， vm-area_struct 结构描述了虚拟内存的一个区域。3.inodeLinux 虚拟文件系统中的文件、目录等均由对应的索引节点(inode)代表。2.Linux 移植项目mizi-linux 已经根据 Linux 2.4 内核针对 S3C2410A 这一芯片进行了有针对性的移植工作，包括：（1）修改根目录下的 Makefile 文件a.指定目标平台为 ARM：#ARCH := $(shell uname -m | sed -e s/i.86/i386/ -e s/sun4u/sparc64/ -e s/arm.*/arm/ -e s/sa110/arm/)A
7、RCH := armb.指定交叉编译器：CROSS_COMPILE = arm-linux-（2）修改 arch 目录中的文件根据本章第一节可知，Linux 的 arch 目录存放硬件相关的内核代码，因此，在Linux 内核中增加对 S3C2410 的支持，最主要就是要修改 arch 目录中的文件。a.在 arch/arm/Makefile 文件中加入：ifeq ($(CONFIG_ARCH_S3C2410),y)TEXTADDR = 0xC0008000MACHINE = s3c2410Endifb.在 archarmconfig.in 文件中加入：if $CONFIG_ARCH_S3C24
8、10 = y ; thencomment S3C2410 Implementationdep_bool SMDK (MERI TECH BOARD) CONFIG_S3C2410_SMDK $CONFIG_ARCH_S3C2410dep_bool change AIJI CONFIG_SMDK_AIJIdep_tristate S3C2410 USB function support CONFIG_S3C2410_USB $CONFIG_ARCH_S3C2100dep_tristate Support for S3C2410 USB character device emulation CON
9、FIG_S3C2410_USB_CHAR $CONFIG_S3C2410_USBfi # /* CONFIG_ARCH_S3C2410 */archarmconfig.in 文件还有几处针对 S3C2410 的修改。c.在 arch/arm/boot/Makefile 文件中加入：ifeq ($(CONFIG_ARCH_S3C2410),y)ZTEXTADDR = 0x30008000ZRELADDR = 0x30008000endifd.在 linux/arch/arm/boot/compressed/Makefile 文件中加入：ifeq ($(CONFIG_ARCH_S3C2410),y
10、)OBJS += head-s3c2410.oendif加入的结果是 head-s3c2410.S 文件被编译为 head-s3c2410.o。e. 加入 archarmbootcompressed head-s3c2410.S 文件#include #include #include .section .start, #alloc, #execinstr_S3C2410_start: Preserve r8/r7 i.e. kernel entry values What is it? Nandy Data cache, Intstruction cache, MMU might be ac
11、tive. Be sure to flush kernel binary out of the cache, whatever state it is, before it is turned off. This is done by fetching through currently executed memory to be sure we hit the same cachebic r2, pc, #0x1fadd r3, r2, #0x4000 16 kb is quite enough.1: ldr r0, r2, #32teq r2, r3bne 1bmcr p15, 0, r0
12、, c7, c10, 4 drain WBmcr p15, 0, r0, c7, c7, 0 flush I & D caches#if 0 disabling MMU and cachesmrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 read control registerbic r0, r0, #0x05 disable D cache and MMUbic r0, r0, #1000 disable I cachemcr p15, 0, r0, c1, c0, 0#endif/* Pause for a short time so that we give enough time
13、* for the host to start a terminal up.*/mov r0, #0x002000001: subs r0, r0, #1bne 1b该文件中的汇编代码完成 S3C2410 特定硬件相关的初始化。f.在 archarmdef-configs 目录中增加配置文件g.在 archarmkernelMakefile 中增加对 S3C2410 的支持no-irq-arch := $(CONFIG_ARCH_INTEGRATOR) $(CONFIG_ARCH_CLPS711X) $(CONFIG_FOOTBRIDGE) $(CONFIG_ARCH_EBSA110) $(C
14、ONFIG_ARCH_SA1100) $(CONFIG_ARCH_CAMELOT) $(CONFIG_ARCH_S3C2400) $(CONFIG_ARCH_S3C2410) $(CONFIG_ARCH_MX1ADS) $(CONFIG_ARCH_PXA)obj-$(CONFIG_MIZI) += event.oobj-$(CONFIG_APM) += apm2.oh.修改 arch/arm/kernel/debug-armv.S 文件，在适当的位置增加如下关于S3C2410 的代码：#elif defined(CONFIG_ARCH_S3C2410).macro addruart,rxmrc
15、 p15, 0, rx, c1, c0tst rx, #1 MMU enabled ?moveq rx, #0x50000000 physical base addressmovne rx, #0xf0000000 virtual address.endm.macro senduart,rd,rxstr rd, rx, #0x20 UTXH.endm.macro waituart,rd,rx.endm.macro busyuart,rd,rx1001: ldr rd, rx, #0x10 read UTRSTATtst rd, #1 i.修改 arch/arm/kernel/setup.c 文
16、件此文件中的 setup_arch 非常关键，用来完成与体系结构相关的初始化：void _init setup_arch(char *cmdline_p)struct tag *tags = NULL;struct machine_desc *mdesc;char *from = default_command_line;ROOT_DEV = MKDEV(0, 255);setup_processor();mdesc = setup_machine(machine_arch_type);machine_name = mdesc-name;if (mdesc-soft_reboot)reboot_setup(s);if (mdesc-param_offset)tags = phys_to_virt(mdesc-param_offset);/* Do the machine-s
