嵌入式系統是一個專用的計算機系統。該系統以計算機技術為基礎，軟硬件可裁減，但對功能、可靠性、成本等都有嚴格的要求。今天，一些專用系統需要處理大量的信息，由于傳統的計算機系統很難實現硬件可裁減，因而已經不能滿足專用系統的需要。伴隨著我國汽車、家電等產業的快速發展，嵌入式系統的應用與開發已成為目前IT產業的一個新的熱點。基于ARM的嵌入式系統的開發，首先要解決的問題是嵌入式操作系統的移植。Linux操作系統作為一種源代碼開放、同時可支持多種處理器結構的多任務操作系統，具有內核小、易裁剪、可移植性好等優點，是目前嵌入式系統應用與開發的主流操作系統。本文主要研究在ARM9平臺上搭建嵌入式Linux系統的實現方法。

 

1 嵌入式Linux操作系統及特點

    目前，在嵌入式系統開發中，52％的項目選擇Linux作為嵌入式操作系統，這與Linux自身的優良特性有不可分割的關系。

     Linux操作系統內核源代碼開放，并具有豐富的軟件資源。不同的應用領域可以根據需要對內核進行修改，每一種通用程序在Linux都能找到。在Linux上開發程序不需要從頭做起，可以選擇一個類似的軟件進行二次開發，因而能夠低成本地開發出滿足自己需要的嵌入式系統。

    另外，Linux系統能支持多種硬件設備，而且驅動豐富，能支持多種主流硬件設備和最新硬件技術。隨著Linux的廣泛應用，許多芯片生產廠家也已經開始為Linux提供驅動，這為Linux在各種硬件平臺上的應用奠定了基礎。

     Linux可支持多種體系結構，具有較好的可移植性。目前，Linux已經移植到絕大多數硬件平臺上，能夠支持ARM、MIPS、LPHA、SPARC等多種體系，Linux支持幾乎所有流行的CPU。Linux具備一整套工具鏈，容易建立嵌入式系統的開發環境和交叉運行環境，可跨越嵌入式系統開發中仿真工具的障礙。由于其符合IEEE POSIX．1標準，因而應用程序具有較好的可移植性。

    Linux具有完善的網絡通信和文件管理機制。實際上，Linux從一開始就與網絡密不可分，網絡是Linux的最為顯著的特征。Linux具有ARM9上的嵌入式Linux系統移植的特性，從而保證了它支持所有標準因特網協議，可以利用Linux的網絡協議棧開發嵌入式TCP／IP網絡協議棧。同時，Linux支持ext2、fat16、fat32、romfs等文件系統，從而為嵌入式系統應用開發打下了很好的基礎。

 

2 Linux在ARM平臺上的移植

2．1 SBC2410硬件平臺介紹

    SBC2410硬件平臺是具有基于ARM9處理器SBC2410A，可支持ARM—Linux、WindowsCE等操作系統的嵌入式硬件平臺。主要硬件資源有一片64 MB SDRAM，一片64 MBNandFlash，一片1 MB Nor Flash，一個串口COM0，一個USB Host A型接口，一個USB Slave B型接口，以及一個標準的JTAG接口等。

2．2 Linux在ARM平臺上的移植準備

    首先是要建立交叉編譯環境。交叉編譯環境是一個由編譯器、連接器和解釋器組成的綜合開發環境。交叉編譯工具主要包括編譯器gcc，二進制工具binutils，目標系統的標準c庫glibc和目標系統的Linux內核頭文件。宿主機要選好做嵌入式開發的Linux操作系統，配置好網絡、NFS服務等。因為目標機沒有足夠的資源運行開發工具和調試工具，所以要在宿主機上建立交叉編譯環境，然后由交叉編譯工具生成可執行二進制代碼(并不能在宿主機上運行)，再下載到目標板上調試和運行。交叉編譯標準c環境的生成步驟包括以下四步：

    (1)獲得binutils、gcc、glibc的源碼；

    (2)配置編譯binutils，得到匯編器和連接器；

    (3)配置編譯gcc源碼，生成gcc編譯器；

    (4)配置glibc編譯生成glibc的c庫函數。

2．3 引導程序移植bootloader

    引導程序bootloader是與體系結構緊密相關的部分，是操作系統內核和應用程序運行之前運行的一小段程序，用于完成系統的啟動和加載。它類似于PC機中的BIOS程序。bootloade嚴重依賴于硬件實現，一般在嵌入式系統中建立一個通用的bootloader是不可能的。用戶必須自己編寫這一小段程序，從而完成硬件設備的初始化，建立內存空間的映射圖，將系統的軟硬件帶到一個合適的狀態，為操作系統內核的運行做準備。

    通常bootloader移植分為兩步：

    第一步常用匯編語言實現依賴于CPU體系結構的代碼。主要包括硬件設備初始化；為加載bootloader準備RAM空間；拷貝bootloader到RAM空間中；設置好堆棧。

    第二步常用C語言來實現。即：初始化本階段要使用到的硬件設備；檢測系統內存映射(memory map)；將kernel映像和根文件系統映像從flash上讀到ram空間中；為內核設置啟動參數；調用內核。圖1所示是bootloader的工作流程圖。

2．4 內核移植

    內核移植首先應當啟動操作系統，完成內存管理、任務調度、進程管理、加載驅動程序、網絡等功能，然后執行應用程序或等待用戶命令。雖然各功能之間存在復雜的調度關系，但由于Linux分層結構的特點，已將其中硬件相關的代碼獨立了出來，因此，移植過程中只需要改動進程管理、內存管理和設備管理中與硬件相關的那部分代碼。

    一般情況下，從官方網站上下載的內核不能直接在硬件平臺上運行，而要跟據具體的硬件平臺重新裁剪、編譯內核，并根據硬件平臺特性編寫相應的硬件相關的代碼，將Linux移植到硬件平臺。對內核代碼的修改包括以下部分：

    (1)修改內核目錄樹根下的Makefile，找到ARCH和CROSS_COMPILE，修改ARCH=arm，CROSS_COMPILE=armlinux，然后設置PATH環境變量，在文件bashrc中添加expor PATH=／usr／local／arm／3．4．4／bin：＄PATH，使其可以找到交叉編譯工具鏈，然后重新登陸。

    (2)設置flash分區，修改arch／arm／machSBC2410／devs．c用以指明分區信息，該文件的內容建立nand flash分區表；修改arch／arm ／machSBC2410／machsmdk2410．c文件指定啟動時初始化，并在kernel啟動時依據對分區的設置進行初始配置。在Linux源文件目錄下，執行makemenuconfig命令，配置內核產生config文件，選擇處理器類型為SBC2410，選擇串口驅動設備，完成后保存config文件。

    在完成內核的裁減之后，執行命令make clean，編譯內核之前先把環境給清理干凈，也可以用makerealclean或makemrproper來徹底清除相關依賴，保證沒有不正確的文件存在，最后將zimage下載到開發板。

 

3 結語

    經過移植，Uboot和Linux在SBC2410平臺就能運行，在此基礎上，還可以進一步開發各類驅動程序及應用軟件。用串口線將SBC2410和PC機相連，通過超級終端可以看到移植成功。系統成功啟動后，就可以進入根文件系統。本文通過分析Linux的特點和移植方法，總結出了一種基于ARM的Linux系統移植的方法，并實現了Linux系統內核在SBC2410處理器平臺上的移植。