4基于Linux的嵌入式系统开发

2020/1/121第4章基于Linux的嵌入式系统开发2020/1/122本章要点掌握嵌入式系统开发流程掌握嵌入式Linux文件系统掌握Flash程序烧写理解BootLoader的基本知识理解内核裁剪和编译方法理解根文件系统的构建方法2020/1/123本章内容4.1嵌入式系统开发流程4.2Flash程序烧写4.3嵌入式Linux文件系统4.4BootLoader4.5Linux内核的配置和移植4.6根文件系统的构建2020/1/1244.1嵌入式系统开发流程（1）建立宿主机开发环境（2）配置宿主机（3）建立引导装载程序BootLoader（4）下载别人已经移植好的Linux操作系统（5）建立根文件系统（6）建立应用程序的Flash分区（7）开发应用程序（8）烧写内核、根文件系统、应用程序（9）发布产品操作系统一般使用RedHatLinux9.02020/1/125（2）配置宿主机串行通信软件的配置在进行开发调试，利用Windows上的超级终端和Linux下的minicom充当开发板的信息输出监视器。这两个软件都是通过串口与开发板相连的，连接时需要配置相应的串口属性网络的配置配置NFS网络文件系统，利用挂载形式对可执行文件进行调试。2020/1/126（3）建立引导装载程序BootLoader目前最常用的方法从网上下载一些公开源代码的BootLoader程序，如U-Boot、BLOB、VIVI、LILO、ARM-Boot、RedBoot等，根据自己的芯片进行移植修改引导程序的烧写针对ARM处理器，在网上下载免费的烧写程序利用该程序，在Windows下通过JTAG并口简易仿真器，将引导程序烧写到Flash存储器芯片的对应分区中。2020/1/127（4）下载别人已经移植好的Linux操作系统下载后根据自己的系统要求进行裁剪、配置，再添加自己的特定硬件的驱动程序，进行调试修改，最终得到一个适合于自己平台的内核将其进行交叉编译，就可以得到符合要求的内核映像文件最后将其下载到Flash存储器芯片的相应分区中运行。2020/1/128（5）建立根文件系统在嵌入式系统中，有一个非常重要的创建根文件系统的工具——BusyBox，它能产生一个最基本的根文件系统。有了这个最基本的根文件系统，再根据需要添加其他文件，即可构成一个完整的根文件系统。根文件系统在嵌入式系统中一般为只读，需要使用mkcramfs、genromfs等工具产生烧写映像文件，并将其烧写到Flash芯片的相应分区中运行。2020/1/129（6）建立应用程序的Flash分区上述映像文件准备好了以后，需要将它们烧写到开发板的Flash存储器的相应分区中，所以在烧写之前需要按照一定顺序、一定大小将Flash存储器进行分区。2020/1/1210（7）开发应用程序应用程序的编写还是利用交叉开发环境的宿主机，在宿主机中编写程序并进行调试，没有问题之后就可以使用交叉编译器对其进行交叉编译。2020/1/1211（8）烧写内核、根文件系统、应用程序将步骤3、4、5和7中准备好的各类映像文件烧写到已分好区的Flash中，并进行调试运行。2020/1/12124.2Flash程序烧写烧写的内容BootLoader——vivi内核——zImage根文件系统——root.cramfs应用程序——yaffs.tar.bz2烧写的步骤1、安装JTAG驱动程序2、烧写引导程序vivi3、烧写内核zImage4、烧写根文件系统root.cramfs5、烧写应用程序yaffs.tar.bz2使用的操作系统：WindowsXP2020/1/12131、安装JTAG驱动程序1、把并口线插到pc机的并口，并把并口与JTAG相连，JTAG与开发板的14针JTAT口相连，打开2410-S2、把整个GIVEIO目录(在flashvivi目录下）拷贝到C:/WINDOWS下，并把该目录下的giveio.sys文件拷贝到c:/windows/system32/drivers下3、在控制面板里，选“添加硬件”，如图所示：2020/1/12142020/1/12152020/1/12162020/1/12172020/1/12182020/1/12192020/1/12202020/1/12212020/1/12222020/1/12232020/1/12242020/1/12252020/1/12262、烧写引导程序VIVI1、在d盘新建一目录bootloader，把sjf2410-s(在flashvivi目录下）和要烧写的vivi拷贝到该目录下2、选择“开始菜单”-“程序”-“附件”-“命令提示符”，进入dos3、在dos下进入bootloader目录，运行sjf2410-s命令如下：sjf2410-s/f:vivi，回车2020/1/12272020/1/1228第一次选择Flash2020/1/1229第二次选择JTAG对Flash的两种功能2020/1/1230第三次选择烧写的起始地址2020/1/1231烧写后关闭2410-S，拔掉JTAG与开发板的连线。2020/1/12323、烧写内核zImage内核的烧写就是将内核编译得到的zImage映像文件烧写到开发板的Flash存储器的kernel分区内核的烧写要利用vivi程序的下载模式，使用vivi下载命令load进行烧写。2020/1/1233内核的烧写过程（1）用网口线连接pc和2410-S（2）打开超级终端，先按住pc机“BackSpace”键，然后启动2410-S，进入vivi状态下，设置开发板IP（其IP要与服务器IP在同一网段，内核启动后将失效），其命令为：setc192.168.0.1152020/1/12342020/1/1235（3）设置tftp服务器IP(启动tftp服务器的主机)2020/1/1236（4）Windows平台下tftp服务的配置：在D盘下新建一个tftpd32目录将随机附带光盘中“linux\img”目录下的tftpd32.exe文件拷贝到Windows的“D:\tftpd32”目录下，并新建文件夹tftp32，将光盘中“\img”目录下文件拷贝到该目录下。双击“D:\tftpd32”目录下的tftpd32.exe文件，对Windows下的tftp服务进行配置2020/1/12372020/1/12382020/1/1239（5）烧写内核2020/1/12404、烧写根文件系统root.cramfs在vivi状态下，输入烧写根文件的命令为：2020/1/12415、烧写应用程序应用程序也比较大（20多MB），所以通过网口进行烧写。这里使用FlashFXP来传输文件。（1）重启开发板，进入到[/mnt/yaffs]下，用ifconfig命令设置开发板的IP地址同PC机的IP地址（WindowsXP操作系统下的本地连接2的IP地址）在同一网段上2020/1/12422020/1/1243（2）在PC机上，将将随机附带光盘中中的flashfxp目录拷贝到D盘下。（3）运行D盘flasfxp目录中的flashfxp.exe文件2020/1/12442020/1/12452020/1/12462020/1/12472020/1/12482020/1/12492020/1/1250这时千万不要重启开发板，超级终端下的界面如下图2020/1/12512020/1/12522020/1/12532020/1/1254Flash程序烧写小结烧写的内容BootLoader——VIVI烧写使用JTAG仿真器，通过并口内核烧写利用VIVI的下载模式，通过网口或串口根文件系统烧写利用VIVI的下载模式，通过网口应用程序通过网口烧写2020/1/12554.3嵌入式Linux文件系统为各类文件系统提供一个统一的操作界面和应用编程接口2020/1/1256注意：Linux启动时，第一个必须挂载的是根文件系统可以自动或手动挂载其他的文件系统。一个系统中可以同时存在不同的文件系统。在嵌入式Linux应用中，主要的存储设备RAM（DRAM、SDRAM）ROM（Flash）常用的基于存储设备的文件系统类型包括：JFFS2、YAFFS、Cramfs、Ramdisk、Ramfs/Tmpfs2020/1/12574.3嵌入式Linux文件系统4.3.1基于FLASH的文件系统4.3.2基于RAM的文件系统4.3.3网络文件系统NFS2020/1/12584.3.1基于FLASH的文件系统Flash的文件系统都是基于MTD（MemoryTechnologyDevice，存储技术设备）驱动层的MTD提供了一系列的标准函数，将硬件驱动设计和系统程序设计分开，硬件驱动设计人员不用了解存储设备的组织方法，只需提供标准的函数调用，如读、写等。MTD是专门针对各种非易失性存储器（以闪存为主）设计的一块Flash芯片可分成多个分区，各分区可采用不同的文件系统；两块Flash芯片也可以合并为一个分区使用，采用1个文件系统——文件系统是针对存储器分区而言的，并非存储芯片。2020/1/12594.3.1基于FLASH的文件系统1、JFFS22、YAFFS3、Cramfs2020/1/12601、JFFS2JFFS文件系统最早是由瑞典AxisCommunications公司基于Linux2.0的内核为嵌入式系统开发的文件系统，JFFS2是RedHat公司基于JFFS开发的闪存文件系统，最初是针对RedHat公司的嵌入式产品eCos开发的嵌入式文件系统，所以JFFS2也可以用于Linux中JFFS2的全称是“日志闪存文件系统第2版本(JournallingFlashFileSystemv2)”，主要用于NOR型闪存，基于MTD驱动层。特点可读写的、支持数据压缩的、基于哈希表的日志型文件系统，并提供了崩溃/掉电安全保护，提供“写平衡”支持等。主要缺点是当文件系统已满或接近满时，因为垃圾收集的关系而使JFSS2的运行速度大大降低。2020/1/12611、JFFS2JFFS2不适合用于NAND闪存。原因如下：NANDFlash的容量较大，导致JFFS为维护日志节点所占用的内存空间迅速增大JFFS文件系统在挂载时需要扫描整个Flash的内容，以找出所有的日志节点，建立文件结构，对于NANDFlash会耗费大量的时间2020/1/12622、YAFFSYAFFS/YAFFS2是专为嵌入式系统使用NAND型闪存而设计的一种日志型文件系统。与JFFS2相比，它减少了一些功能(例如不支持数据压缩)，所以速度更快，挂载时间很短，对内存的占用较小。是一个跨平台的文件系统，除了支持Linux和eCos，还支持WinCE、pSOS和ThreadX等YAFFS/YAFFS2自带NAND芯片的驱动，并且为嵌入式系统提供了直接访问文件系统的API，用户可以不使用Linux中的MTD与VFS，直接对文件系统操作。YAFFS与YAFFS2的主要区别：前者只支持小页（512B）NANDFlash，后者可支持大页（2KB）NANDFlashYAFFS2在内存空间占用、垃圾回收速度、读/写速度等方面具有大幅提升。2020/1/12633、Cramfs（CompressedROMFileSystem）Cramfs是一种只读的压缩文件系统。它也基于MTD驱动程序。在cramfs文件系统中，每一页(4KB)被单独压缩，可以随机页访问，其压缩比高达2:1,为嵌入式系统节省大量的Flash存储空间，从而降低系统成本。Cramfs文件系统以压缩方式存储，在运行时解压缩。另外，它的速度快，效率高，其只读的特点有利于保护文件系统免受破坏，提高了系统的可靠性。2020/1/12644.3.2基于