嵌入式linux快速入門

一個(gè)典型的桌面Linux系統(tǒng)包括3個(gè)主要的軟件層---linux內(nèi)核、C庫和應(yīng)用程序代碼。
內(nèi)核是唯一可以完全控制硬件的層，內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序代表應(yīng)用程序與硬件之間進(jìn)行會(huì)話。內(nèi)核之上是C庫，負(fù)責(zé)把POSIX API轉(zhuǎn)換為內(nèi)核可以識(shí)別的形式，然后調(diào)用內(nèi)核，從應(yīng)用程序向內(nèi)核傳遞參數(shù)。應(yīng)用程序依靠驅(qū)動(dòng)內(nèi)核來完成特定的任務(wù)。
在設(shè)計(jì)嵌入式應(yīng)用的時(shí)候，可以不按照這種層次，應(yīng)用程序越過C庫直接和內(nèi)核會(huì)話，或者把應(yīng)用和內(nèi)核捆綁在一起，甚至可以把應(yīng)用寫為內(nèi)核的一個(gè)線程，在內(nèi)核中運(yùn)行，雖然這樣在移植上帶來了困難，但考慮嵌入式系統(tǒng)對(duì)尺寸要求小的特點(diǎn)，是完全可行的。不過我們使用三層軟件結(jié)構(gòu)的模式來學(xué)習(xí)嵌入式linux將會(huì)是我們認(rèn)識(shí)更清晰，簡單可行并使應(yīng)用具有彈性。

快速入門，最簡單的建立嵌入式Linux應(yīng)用的方法就是從我們使用的桌面Linux入手，安裝一個(gè)喜愛的版本，把我們的某個(gè)應(yīng)用作為初始化的一部分，框架就算完成了。當(dāng)然，嵌入式linux應(yīng)用遠(yuǎn)比我們的桌面版本功能簡單專一，它也許就是一個(gè)用于足彩的終端機(jī)，或是一個(gè)數(shù)碼音頻播放器，這些系統(tǒng)除了使用嵌入式CPU外，僅僅再需要一個(gè)串口，網(wǎng)口等少量的輸入輸出接口就可以完成它們特定的應(yīng)用了。在軟件上，它可以按照三層的概念由內(nèi)核裝載器，定制的內(nèi)核和較少的為特定任務(wù)設(shè)計(jì)的靜態(tài)連接的應(yīng)用程序組成。之所以使用靜態(tài)連接的應(yīng)用程序，是因?yàn)樯倭康撵o態(tài)連接程序所要的存儲(chǔ)空間，比同樣數(shù)量的動(dòng)態(tài)連接的程序所占的空間小，這個(gè)平衡點(diǎn)需要我們?cè)趯?shí)際開發(fā)中去獲取。也許你正在設(shè)計(jì)的是個(gè)PDA，它的應(yīng)用程序較多，那么你很可能就要使用動(dòng)態(tài)連接程序來減少存儲(chǔ)空間。在你的/bin或者/sbin目錄下，用廠列表看看bash,ifconfig,vi...，也許只用幾十K，當(dāng)你運(yùn)行 ldd /bin/bash 時(shí)，你會(huì)看到它們都和好幾個(gè)庫文件相連。好了，這樣看來，我們得把PC想像成一個(gè)嵌入式硬件平臺(tái)，再重新制作一個(gè)特定功能的嵌入式linux。

再進(jìn)行實(shí)際操作之前，先來搞清楚幾個(gè)基礎(chǔ)知識(shí)。
內(nèi)核裝載器Loader，它的作用是把內(nèi)核從外部存儲(chǔ)器，移動(dòng)到內(nèi)存中。它只作這個(gè)事情，一旦完成了調(diào)入內(nèi)核的工作，Loader就跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核位置開始執(zhí)行。不同架構(gòu)有不同的Loader，在x86結(jié)構(gòu)的PC上，通常使用的loader有LILO,GRUB,syslinux,syslinux在嵌入式 linux中也同樣工作。其他非x86架構(gòu)的應(yīng)用中，你必須使用專門的loader，或者自己編寫loader來裝入內(nèi)核。也有不使用loader的情況，系統(tǒng)加電以后，內(nèi)核直接從燒錄有映象的Flash上開始執(zhí)行。
內(nèi)核，一旦內(nèi)核開始執(zhí)行，它將通過驅(qū)動(dòng)程序初始化所有硬件，這可以從我們的pc機(jī)監(jiān)視器的輸出看出來，每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序都打印一些有關(guān)它的信息。初始化完成后，計(jì)算機(jī)就準(zhǔn)備運(yùn)行嵌入式應(yīng)用。也許一個(gè)，也許是多個(gè)應(yīng)用程序組成了嵌入式應(yīng)用，但通常首先調(diào)用的是init(通過loader 向核心傳入init=/program 可以定制首先運(yùn)行的程序)。桌面linux中，init會(huì)讀取/etc/inittab文件，來決定執(zhí)行級(jí)別和哪些腳本和命令。嵌入式應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際的情況決定是否使用標(biāo)準(zhǔn)的init執(zhí)行方式，也許這個(gè)init是個(gè)靜態(tài)程序，它能夠完成我們的嵌入應(yīng)用的特定任務(wù)，那完全不用考慮inittab了。
initrd文件系統(tǒng)，initrd以一種把內(nèi)核從存儲(chǔ)介質(zhì)裝入到內(nèi)存的相同的機(jī)制來裝入一個(gè)小型文件系統(tǒng)。這個(gè)文件系統(tǒng)最好是以壓縮的方式存儲(chǔ)在介質(zhì)上的，解壓縮到RAM盤上。通過使用initrd,包含有核心驅(qū)動(dòng)和啟動(dòng)腳本的小文件系統(tǒng)，就可以直接從介質(zhì)上和內(nèi)核一起啟動(dòng)起來，內(nèi)核屆壓縮這個(gè)文件系統(tǒng)，并執(zhí)行這個(gè)文件系統(tǒng)上叫做/linuxrc的腳本文件，這個(gè)腳本通常會(huì)把啟動(dòng)過程中所需要的驅(qū)動(dòng)程序裝入。腳本退出以后，initrd文件系統(tǒng)也卸下了，啟動(dòng)過程進(jìn)入真正初始化過程。對(duì)于嵌入式來講，可以將需要的應(yīng)用軟件都運(yùn)行在這個(gè)initrd文件系統(tǒng)上，只要/linxrc文件不結(jié)束，內(nèi)核啟動(dòng)過程的其他部分就不會(huì)繼續(xù)。
做個(gè)試驗(yàn)：
cp /boot/initrd-2.4.20.img /tmp
cd /tmp
mv initrd-2.4.2-.img initrd.img.gz
gunzip initrd.img.gz
mount -o loop initrd.img /mnt
cd /mnt
ls
cat linuxrc 可以看到里面執(zhí)行了加載了兩個(gè)模塊的操作，你在啟動(dòng)linxu的時(shí)候會(huì)看見屏幕打印信息。

入門試驗(yàn)，制作一個(gè)簡單的應(yīng)用：我們使用一張軟盤啟動(dòng)一臺(tái)假象的只有一個(gè)串口，鍵盤輸入，顯示輸出的x86架構(gòu)的linux系統(tǒng)，執(zhí)行的特定應(yīng)用就是運(yùn)行 minicom，通過串口撥號(hào)。需要軟件: minicom-xx.src.tar.gz 和 syslinux-xx.tar.gz，xx代表版本號(hào)，開始之前，在主目錄建立一個(gè)目錄，來釋放這兩個(gè)軟件包：
cd
mkdir -p project/minilinux
cd project/minilinux
tar zxvf minicom-xx.src.tar.gz
tar zxvf syslinux-xx.tar.gz

1、裁減linux內(nèi)核(需要系統(tǒng)安裝內(nèi)核文件包)

配置內(nèi)核的時(shí)候，我們需要選擇這些：摸塊編入內(nèi)核，386處理器、物理內(nèi)存off、支持ELF、標(biāo)準(zhǔn)PC軟盤、支持RAM盤(4096)、支持 initial RAM disk (initrd)、虛你終端、虛擬終端控制臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)串口、ext2文件系統(tǒng)、控制臺(tái)驅(qū)動(dòng)，VGA text console、DOS FAT、MSDOS文件系統(tǒng)，其他的都可以不要，這樣內(nèi)核編出來較小。
步驟:
cd /usr/src/linux
make mrproper
make xconfig
make dep && make bzImage
得到 /usr/src/linux/arch/i386/boot/目錄的內(nèi)核文件bzIamge。

2、編譯一個(gè)靜態(tài)的minicom ，把它作為將來的linuxrc
cd minicom-xx/src
vi Makefile
修改下面這行
minicom: $(minicom_OBJECTS) $(minicom_DEPENDENCIES)
rm -f minicom 下面的行加上 -static，連接為靜態(tài)程序
(LINK) -static $(minicom_LDFLAGS) $(minicom_OBJECTS) $(minicom_LDADD) $(LIBS)

vi minicom.c
找到 if (real_uid==0 && dosetup==0 ) 刪除這個(gè)判斷條件語句，主要是用于權(quán)限判斷的，因?yàn)檫@個(gè)嵌入應(yīng)用不關(guān)注權(quán)限問題，否則會(huì)出錯(cuò)。
make
得到可執(zhí)行程序，用ldd 檢查一下是不是靜態(tài)程序。

3、準(zhǔn)備initrd壓縮文件image.gz
dd if=/dev/zero of="image" bs="1k" count="4096"
losetup /dev/loop0 image
mke2fs -m 0 /dev/loop0
mounmt -t ext2 /dev/loop0 /mnt/
mkdir -p /mnt/dev
mkdir -p /mnt/usr/share/terminfo/l/
cd /dev
cp -a consle null tty tty0 zero mem /mnt/dev
cp -P /usr/share/terminfo/l/linux /mnt/usr/share/terminfo/l/linux
cp ~/project/minilinux/mincom/src/minicom /mnt/linuxrc
umount /mnt
losetup -d /dev/loop0
sync
gzip -9 image

4、制作軟盤引導(dǎo)，并拷貝文件 bzimage image.gz 到軟盤

A.使用grub
fdformat /dev/fd0
mke2fs /dev/fd0
mount /mnt/fd0 /mnt/floppy
mkdir -p /mnt/floppy/boot/grub
cp /boot/grub/stage1 /boot/grub/stage2 /mnt/floppy/boot/grub
執(zhí)行 grub，在軟盤上創(chuàng)建引導(dǎo)
grub > root (fd0)
grub > setup (fd0)
grub > quit

cp /usr/src/linux/arch/i386/boot/bzImge /mnt/floppy
cp ~/porject/minilinux/image.gz /mnt/floppy

編輯 /mnt/floppy/boot/grub/grub.conf
default =0
timeout-=10
title minilinux
root (fd0)
kernel /bzImage
initrd /image.gz

卸下軟盤
umount /mnt/floppy

B. 使用syslinux
fdformat /dev/fd0
mkfs.msdos /dev/fd0
mount -t msdos /dev/fd0 /mnt/floppy

cp /usr/src/linux/arch/i386/boot/bzImge /mnt/floppy
cp ~/porject/minilinux/image.gz /mnt/floppy

cp syslinux-xx/ldlinxu.sys /mnt/floppy
cat > /mnt/floppy/syslinux.cfg
LABEL linux
KERNEL bzimage
APPEND initrd="image".gz

umont /mnt/floppy
syslinux-xx/syslinux /dev/fd0
sync

5、用軟盤啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，如果幸運(yùn)，minicom的運(yùn)行畫面出現(xiàn)在屏幕上。

到此，我們的單應(yīng)用嵌入式linux做好了，但它還很簡陋，沒有什么實(shí)際用途，但通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，可以了解嵌入式系統(tǒng)的大致結(jié)構(gòu)和開發(fā)過程。在進(jìn)行實(shí)際的嵌入式開發(fā)時(shí)，通常要在PC機(jī)上借助嵌入式linux開發(fā)工具包，如：uclinux,bluecat等，對(duì)相應(yīng)的硬件平臺(tái)(目標(biāo)機(jī))進(jìn)行軟件編寫編譯，調(diào)試成功后，將內(nèi)核及應(yīng)用程序?qū)懭氲侥繕?biāo)機(jī)的存儲(chǔ)器中，從而完成整個(gè)應(yīng)用。