lv12 linux 内核移植 10

1 内核概述

1.1 内核与操作系统

1.2 Linux层次结构

1.3 Linux内核特点

2 Linux内核源码结构

2.1 Linux内核源码获取

2.2 源码结构

3 Linux内核移植

3.1 在 Linux 官网下载 Linux 内核源码（这里我们下载 linux-3.14.tar.xz）

3.2 拷贝内核源码包到 ubuntu 的家目录下，解压并进入其顶层目录

3.3 源码并不知道我们的处理器架构及交叉编译工具是什么，我们自己在 Makefile 中指定

3.4 指定使用的处理器

3.5 进入内核配置界面

3.6 配置内核

3.7 编译内核（该过程可能需要二十分钟左右）

3.8 编译设备树

3.9 测试内核和设备树

4 练习

1 内核概述

1.1 内核与操作系统

内核是一个操作系统的核心，提供了操作系统最基本的功能，是操作系统工作的基础，决定着整个系统的性能和稳定性

操作系统是在内核的基础上添加了各种工具集、桌面管理器、库、shell、应用程序等

常用shell命令都在bin目录下，即是可执行文件，属于ubuntu系统不属于内核

开发板虽然没有ubuntu操作系统，但是也可以使用这些命令，都放在根文件系统下面

1.2 Linux层次结构

linux实现了五大功能：进程管理、内存管理、文件系统、设备控制、网络

1.3 Linux内核特点

xi代码结构清晰、模块化设计
支持丰富的硬件平台
较高的稳定性
轻量化及较强的裁剪性
开放源代码
更新活跃、用户较多、资料丰富
支持丰富的网络协议
... ...

2 Linux内核源码结构

2.1 Linux内核源码获取

Linux内核源码下载

https://www.kernel.org/

单击

Index of /pub/

找linux、kernel

Linux内核版本命名

主版本号.次版本号.修订版本

学习用3.14

Linux内核版本选择

支持对应的硬件平台

相对成熟的版本（资料多）

稳定版本(次版本号为偶数的版本一般都是稳定版)

2.2 源码结构

平台相关代码

arch: 与CPU架构相关的源代码（有许多cpu架构）

平台无关代码

block:磁盘设备的支持

crypto:加密相关

drivers:设备驱动（自带了很多驱动如IIC）

firmware:固件

fs:文件系统（很多种文件系统）

include:头文件

init:内核初始化（比较重要的是main.c，其中有一个init_start_kernel)

ipc:进程间通信

kernel:内核核心调度机制等

Kconfig:linux自带图形化相关代码

sounds：音频驱动

lib:库

mm:内存管理

net:网络协议

scripts:工具、脚本等

security:安全

usr:打包与压缩

virt:虚拟

帮助文档、示例程序、工具等

COPYING: 版权

CREDITS: 内核贡献者

README: 说明文档 (大概信息）

Documentation: 帮助文档（详细说明）

Makefile: 编译管理（不是所有代码都参与编译，可以让内核更小一些）

samples: 示例

tools: 工具 ... ...

3 Linux内核移植

实验七 Linux 内核移植

【实验目的】

掌握 Linux 内核配置和编译的基本方法

【实验环境】

ubuntu 14.04 发行版

FS4412 实验平台

交叉编译工具： arm-none-linux-gnueabi-

【注意事项】

实验步骤中以“ $ ”开头的命令表示在 ubuntu 环境下执行，以“ # ”开头的命令表示在开发板下执行

【实验步骤】

3.1 在 Linux 官网下载 Linux 内核源码（这里我们下载 linux-3.14.tar.xz）

https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/

3.2 拷贝内核源码包到 ubuntu 的家目录下，解压并进入其顶层目录

$ tar xvf linux-3.14.tar.xz
$ cd linux-3.14

3.3 源码并不知道我们的处理器架构及交叉编译工具是什么，我们自己在 Makefile 中指定

$ vi Makefile

将

ARCH ?= $(SUBARCH)
CROSS_COMPILE ?= $(CONFIG_CROSS_COMPILE:"%"=%)

修改为以下内容（注意后边不要有多余空格），然后保存退出

ARCH ?= arm
CROSS_COMPILE ?= arm-none-linux-gnueabi-

3.4 指定使用的处理器

之前讲到过arm下面有与CPU架构相关的源代码，所以我们编译前需要配置

回到顶层目录下

$ make exynos_defconfig    //make <soc_name>_defconfig

显示如下信息表示配置成功

ls-a才能查看到.config文件，文件的格式如下，y代表设置，#注释掉了

注1：soc_name为当前使用的处理器的名字

注2：内核源码的arch/arm/configs下对各个厂商的soc都有一个默认配置文件

执行该命令后就会将对应的配置文件中的信息导入到源码顶层目录下的.config文件CONFIG_xxx=y表示内核选中了该功能，内核编译时就会将该功能对应的代码编译，内核的体积也会增大#CONFIG_xxx is not set表示内核没有选中该功能，内核编译时该功能对应的代码不会被编译，内核的体积也会减小。

默认配置只能保证内核拥有最基本的功能，我们需要根据自己的实际需求对内核做进一步的配置

方法1：

直接修改.config文件（不推荐）对依赖关系不是很清楚的时候，直接配置是不推荐的。如配置nfs，直接配置nfs不会生效，因为nfs还依赖tcp/ip，tcp/ip还依赖与网卡驱动

方法2：

make menuconfig

3.5 进入内核配置界面

用得最多的配置命令

$ make menuconfig

弹出如下图形化配置界面，在该界面下我们可以对 linux 进行进一步的修改和配置

方向键可选择不同的选项，‘ Enter ’键进入子菜单，‘ Y’键选中某项功能，‘N’键去除某项功能，‘M’键将该功能编译成内核模块，两次‘ Esc ’键退出界面，‘ ? ’键为帮助选项，‘/ ’键为搜索选项

注 1 ：若显示如下信息，是因为 ubuntu 上没有安装对应的图形库

执行如下命令安装对应的图形库，然后重新执行 make menuconfig 即可

$ sudo apt-get install libncurses5-dev

注 2：若显示如下信息，是因为终端窗口太小，需将终端最大化后再执行

3.6 配置内核

将‘ System Type ’菜单下的‘ S3C UART... ’修改为 2 （即使用 UART2 ）

System Type --->(2) S3C UART to use for low-level messages

设置完成后通过方向键选择‘ Save ’保存即可，然后选择‘ Exit ’退出该配置界面

3.7 编译内核（该过程可能需要二十分钟左右）

$ make uImage   //编译内核（编译选为“*”的选项到内核）// 补充内核编译（以下命令均在内核源码的顶层目录下执行）
//    make uImage	
//	编译内核（编译选为“*”的选项到内核）
//    make modules   	
//	编译内核模块（编译选为“M”的选项为独立模块）
//    make dtbs      	
//	编译设备树（将设备树源文件dts编译为二进制文件dtb）
//    make clean     
//	删除编译过程中产生的中间文件

编译后报错

看提示最后使用了OBJCOPY工具，把vmlinux.elf转换为了zimage.bin文件。不过我们需要uImage

注：如图所示，第一次在 ubuntu 上编译 Linux 内核会提示缺少一个 mkimage 命令

该命令可在 uboot 源码中 u-boot-2013.01/tools/ 目录下获取（必须是编译后的 uboot ）

将该命令拷贝到 ubuntu 的 /usr/bin 目录下即可正确编译内核

$ sudo cp u-boot-2013.01/tools/mkimage /usr/bin/

给该命令添加可执行权限

$ sudo chmod 777 /usr/bin/mkimage

完成后回到内核的顶层目录下重新编译内核即可

再次看一下信息，最后也显示如下信息表示编译成功，即在源码的 arch/arm/boot/ 目录下生成了 uImage 镜像

3.8 编译设备树

设备树概念：通常用于嵌入式系统的引导过程和设备驱动程序的管理。linux采用驱动逻辑和硬件信息相分离的模式。逻辑信息放在uImage里driver目录下（如点哪个灯），硬件信息放在设备树（如灯的寄存器），这样的好处：

灵活性：使用分离的DTB允许在不重新编译内核的情况下更改硬件描述。这使得可以在不同的硬件平台上共享相同的内核镜像，只需加载不同的DTB即可。
精简内核：使用分离的DTB可以使内核镜像更加精简，因为不同的硬件描述可以通过不同的DTB文件加载，而无需将所有硬件描述都编译进内核。
维护性：设备树的独立性意味着可以在不影响内核的情况下对硬件进行更改和维护。

不同开发板都有不同的设备树，把所支持的开发板设备树都写了一遍。

内核源码中并没有 fs4412 平台的设备树文件，这里我们从源码支持的平台中找一个硬件与我们最类似的，在其基础上进行修改，这里我们参考的是 samsung 公司的 origen 拷贝 origen 的设备树并将其重命名

$ cp arch/arm/boot/dts/exynos4412-origen.dts arch/arm/boot/dts/exynos4412-fs4412.dts

因为添加的设备树文件也要编译，所以对应的 Makefile 也要修改

$ vi arch/arm/boot/dts/Makefile

在

exynos4412-origen.dtb \

后添加如下内容，然后保存退出

exynos4412-fs4412.dtb \

回到源码的顶层目录下编译设备树

$ make dtbs   //编译设备树（将设备树源文件dts编译为二进制文件dtb）

显示如下信息表示编译成功，即在arch/arm/boot/dts/目录下生成了exynos4412-fs4412.dtb

3.9 测试内核和设备树

将编译生成的内核和设备树拷贝到 tftp 的工作目录

$ sudo cp arch/arm/boot/uImage /tftpboot
$ sudo cp arch/arm/boot/dts/exynos4412-fs4412.dtb /tftpboot/
$ sudo chmod 777 /tftpboot/*

设置 uboot 的启动参数并保存

# setenv ipaddr ***.***.***.***
# setenv serverip xxx.xxx.xxx.xxx
# setenv bootcmd tftp 41000000 uImage\;tftp 42000000 exynos4412-fs4412.dtb\;bootm
41000000 - 42000000
# setenv bootargs root=/dev/nfs nfsroot=xxx.xxx.xxx.xxx:/opt/4412/rootfs/ rw
console=ttySAC2,115200 init=/linuxrc ip=***.***.***.***
# saveenv

注 1：xxx.xxx.xxx.xxx 为 ubuntu 主机的 ip，***.***.***.***为开发板的 ip，必须和 ubuntu 主机的 ip 在同一个网段（根据自己电脑情况进行设置）

注 2 ：以上设置手动输入，命令粘贴可能会有中文符号

回到 ubuntu 重启 tftp 和 nfs 服务器

$ sudo service tftpd-hpa restart
$ sudo service nfs-kernel-server restart

重启开发板查看现象，如图所示，内核在启动到一半时会崩溃卡死，原因在于我们在该实验中只是对 UART 进行了配置，而其他功能都保持默认选项，内核默认配置中没选配我们使用的网卡驱动、nfs 等功能，所以在挂载根文件系统时导致内核崩溃，所以后续我们还需要配置网卡驱动、nfs 等

查看目录

DM9000网卡未参与编译，去3.5配置界面选成M再次编译make uImage

编译后

dm9000.ko即内核模块，可以安装到 linux内核也可以单独卸载

4 练习

1.简述内核和操作系统的关系？

2.简述为什么嵌入式开发中一般都使用Linux内核？

3.简述.config文件的作用以及.config文件和make menuconfig的关系？

4.简述make menuconfig界面中[ ]选项和选项的区别？

答：

1内核是一个操作系统的核心，提供了操作系统最基本的功能，是操作系统工作的基础，决定着整个系统的性能和稳定性操作系统是在内核的基础上添加了各种工具集、桌面管理器、库、shell、应用程序等
2 linux内核，代码结构清晰、模块化设计、支持丰富的硬件平台、较高的稳定性、轻量化及较强的裁剪性、开放源代码
更新活跃、用户较多、资料丰富、支持丰富的网络协议 
3 .config是内核编译时选择内核模块的配置文件，y代表选中该功能，#CONFIG_xxxis not set 代表没有选中该功能.config 时直接使用的配置文件，make menuconfig是可以使用图型化界面修改.config，本质一样，但是menuconfig 可以避免对依赖关系不清楚而导致配置错误或者误操作，更推荐
4 * 代表选中编译到内核中 空代表未选中 M代表被选为模块