基于AT91SAM9G20構建嵌入式Linux系統

操作系統也是嵌入式系統的重要組成部分。當今的嵌入式操作系統各種各樣，有VxWorks、QNX、Palm OS，Windows CE、Linux， uClinux，ucos ii等，每種操作系統都有其與眾不同之處，本文移植的嵌入式操作系統為Linux。廣泛開放源代碼的Linux應用已經被移植到嵌入式的運行環(huán)境中，可以任意剪裁和修改后將其移植入自己的硬件平臺上，因此使用Linux開發(fā)嵌入式操作系統，可以加快嵌入式系統的開發(fā)速度，縮短產品進入市場的時間。

本文的工作主要包括Boot loader實現，Linux內核移植、文件系統的實現三個部分。

搭建交叉開發(fā)環(huán)境

在移植操作系統之前，首先要在一臺裝有Linux的PC機上搭建好開發(fā)環(huán)境，例如我們的宿主機為Ubuntu10.04，為獲得所有操作權限，以root身份登錄宿主機Linux系統。在 usr/local/目錄下建立arm路徑，下載交叉編譯工具arm-linux-gcc-4.3.2.tgz，將之復制到文件夾/usr/local/arm/下，并將其解壓；最后需要修改環(huán)境變量，設置默認交叉編譯工具為arm-linux-gcc-4.3.2。利用Linux下編輯工具(如vim)打開/root/.bashrc文件，在文件末尾添加如下代碼:

if

[ -d /usr/local/arm ] ;

then PATH=/usr/local/arm/4.3.2/bin:"${PATH}"

fi

到此交叉編譯工具搭建完畢，為驗證交叉編譯工具是否搭建成功，可以在終端下輸入命令 arm-linux-gcc -v，搭建成功后會在終端下顯示arm-linux-gcc的版本。注意此處必須注銷用戶，重新登錄系統后設置才會生效。

引導程序

系統上電之后，需要一段程序來進行初始化：關閉看門狗、改變系統時鐘、初始化存儲控制器、將更多的代碼復制到內存中等，這段程序被稱為Boot loader。簡言之Boot loader就是在系統上電后開始執(zhí)行，初始化硬件設備、準備好軟件環(huán)境、最后調用操作系統內核。Boot loader的實現非常依賴與具體的硬件，在嵌入式系統中硬件配置千差萬別，即使是相同的CPU，外設資源也不盡相同，因此需要根據特定的硬件進行移植。

Boot Loader包含兩種不同的操作模式：啟動加載模式和下載模式。上電后，Boot loader從板子上的某個固態(tài)存儲設備上將操作系統加載到RAM中運行，整個過程沒有用戶的介入，一般用于最終產品。下載模式下則在開發(fā)過程中使用，開發(fā)人員可以使用各種命令，通過串口或網絡等通信手段從宿主機下載文件(比如內核映像，文件系統映像)，將它們直接放入內存或是燒入flash類固態(tài)存儲設備中。

為了在AT91SAM9G20上實現嵌入式操作系統運行，AT91SAM9G20采用了三.級引導方式，其Boot Loader程序由三部分組成，即RomBoot、Bootstrap和U-Boot，三.級引導程序的流程如圖1所示。

圖1：三.級引導程序的流程圖

第一級引導程序Romboot固化在AT9lSAM9G20內部，上電或復位后先運行這段引導代碼，其作用是將存儲于外部FLASH第二級引導程序Bootstrap加載到CPU內部的SRAM中執(zhí)行。Bootstrap存儲在外部FLASH的前4KB空間，其功能包括初始化時鐘、SDRAM控制器以及DEBUG串口等硬件資源，并將第三 級引導程序U-Boot從FLASH加載到SDRAM執(zhí)行。U-Boot將嵌入式Linux操作系統從FLASH引導和加載到SDRAM中，并將CPU的控制權交給Linux。

本次移植使用的U-boot的版本為1.3.4，限于篇幅，本文不做詳細的介紹。

內核的裁剪編譯

1.準備工作

從Linux官網下載linux內核源碼linux-2.6.30.tar.bz2，并從Atmel官網下載at91sam9g20的補丁文件(2.6.30-at91.patch.gz 和2.6.30-at91-exp.3.tar.gz)。在宿主機Linux開發(fā)環(huán)境下，建立自己的工作目錄，例如工作目錄為home/work/，將上述三個文件拷貝至工作目錄下，解壓Linux2.6.30，并將2.6.30-at91.patch.gz和2.6.30-at91-exp.3.tar.gz拷貝至Linux2.6.30根目錄下，同時解壓2.6.30-at91-exp.3.tar.gz。完成此部分工作如下圖2所示。

圖2：準備工作完成