Linux是一種支持多種體系結構處理器的操作系統，有很強的移植性。描述了將μClinux移植到基于S3C4510B處理器目標板上的方法與過程。首先介紹了S3C4510B處理器和μClinux，并簡單說明了如何搭建移植環境，然后著重討論了在該開發板上Bootloader的設計實現以及μClinux內核的移植方法，對在這種基于μClinux的嵌入式系統環境下如何開發應用程序做了簡單說明。 

　　1引言

　　ARM（Advanced RISC Machines），既可以認為是一個公司的名字，也可以認為是對一微處理器的通稱，還可以認為是一種技術的名字。

　　1991年ARM公司成立于英國劍橋，主要出售芯片設計技術的授權。目前，采用ARM技術知識產權（IP）核的微處理器，即我們通常所說的ARM微處理器，已遍及工業控制、消費類電子產品、通信系統、網絡系統、無線系統等各類產品市場，基于ARM技術的微處理器應用約占據了32位RISC微處理器75％以上的市場份額，ARM技術正在逐步滲入我們生活的各個方面。

　　采用RISC架構的ARM微處理器一般具有如下特點：體積小、低功耗、低成本、高性能；支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件；大量使用寄存器，指令執行速度更快；大多數數據操作都在寄存器中完成；尋址方式靈活簡單，執行效率高；指令長度固定。ARM的產品主要包括ARM7 Thumb家族和ARM9 Thumb家族、ARM 10 Thumb家族以及StrongARM家族。 

　　2 基于ARM的S3C4510B處理器和μClinux
　　
　　本文所使用的S3C4510B是Samsung公司使用ARM7處理器內核開發的一塊嵌入式微處理器。作為一款高性價比的網絡處理器，S3C4510B已廣泛應用于各種網絡設備中，其中央處理器為ARM7TDMI核。ARM7TMDI是目前使用廣泛的32位嵌入式RISC處理器，屬低端ARM處理器核。TDMI的基本含義為：
　　
　　T：支持16位壓縮指令集Thumb；
　　D：支持片上Debug；
　　M：內嵌硬件乘法器（Multiplier）；
　　I：嵌入式ICE，支持片上斷點和調試點。

　　ThumbTM16位壓縮指令集能以較小的存儲空間需求，獲得32位的系統性能。S3C4510B處理器包括8kB可配置的一體化Cache/SRAM，1個I2C串行接口，2個UART，2個32位定時器，18個可編程的通用I/O口，以及1個10 M/100 M以太網控制器。豐富的片內外圍極大地簡化了系統的設計。同時這款微處理器對操作系統的支持廣泛，包括Windows CE、Linux、Palm OS等μClinux是針對控制領域的嵌入式Linux操作系統，他從Linux 2.0/2.4內核派 生而來，沿襲了主流Linux的絕大部分特性。適合不具備內存管理單元(Memory Manage ment Unit,簡稱MMU)的微處理器/微控制器，例如ARM7TDMI，他通常具有很少內存或Flash的嵌入式系統。在GNU通用公共許可證（GUN GPL）的保證下，運行μClinux操作系統的用戶可以使用幾乎所有的Linux API函數，不會因為沒有MMU而受到影響。

　　3建立μClinux開發環境

　　嵌入式系統的開發與一般的應用開發的差別在于，前者需要建立特殊的硬件環境，而后者一般基于特定的操作系統或分布式平臺。后者的平臺已經對硬件或網絡媒質做了抽象，從而不需要由系統開發者來完成這些工作。而在嵌入式系統開發中，這也由開發者完成。

　　嵌入式系統開發環境一般分成主機端(HOST)和目標板(TARGET)兩個部分。主機端是開發平臺，用于運行開發過程中的各種工具;目標板是運行和測試平臺，是嵌入式系統的終駐留環境。在主機端和目標板之間需要通過某種方式進行通信，如使用RS232C串口。這種通信的目的在于發送控制指令和傳輸數據，同時獲得反饋信息。

　　圖1是系統移植工作的硬件環境。

　　主機端的PC使用COM1通過MAX232和S3C4510B的UART 1相連接，通過串口完成對目標板的必要控制功能。S3C4510B開發板上配備有一塊DM9161以太網卡芯片和主機端建立原始(raw ) IP連接，使用鏈路層地址完成大批量數據的傳送。

　　硬件環境建立之后，就需要創建軟件開發環境。軟件環境主要是指ARM體系結構的交叉編譯環境，在主機端使用RedHat Linux 8.0操作系統，并在其上建立gcc的ARM體系結構的交叉開發環境。可以從http://mac.os.nctu.edu.tw處下載工具鏈：

　　(1) armelfbinutils2.115.i385.rpm
　　一些輔助工具，包括objdump（可以反編譯二進制文件），as（匯編編譯器），ld（連接 器）等。
　　(2)armelfgcc2.95.32.i386.rpm
　　配置目標為arm的GNU的C編譯器。使用他在宿主機上開發編譯目標上可運行的二進制文件。
　　(3)genromfs0.5.11.i386.rpm
　　生成Romfs的工具。Romfs是一種文件系統。這種文件系統相對于一般的ext2文件系統要求更少的空間。
　　將這3個文件放在宿主機上的任意一個目錄下，然后輸入下面的命令來安裝：

　　我們就建立好了μClinux的軟件開發環境。

　　4 Bootloader的設計實現

　　Bootloader被用于系統從硬件啟動到操作系統啟動的過渡，是嵌入式系統中必不可少的一段程序。他相當于PC機中的BIOS和OS Loader，用于初始化運行硬件和啟動操作系統，因此其實現方式由硬件的特性決定。和BIOS/OS Loader一樣，他需要固化在目標板中，每次啟動目標板時，首先會運行Bootloader，在他完成CPU和相關硬件的初始化之后，才從事先規定的地址啟動操作系統或嵌入式應用的固化程序。
　　
　　在嵌入式系統開發過程中，Bootloader還擔任了與主機端通信的任務，他相當于一個“服務器”，不斷監聽從主機端傳來的控制信息和數據信息，完成相應的操作。

　　當系統上電后，Bootloader從地址0x0開始執行，將存儲器映射重新配置，如表1所示，并會執行Linux的固化內核。

　　Bootloader可以使用ARM仿真軟件SDT2.5通過JTAG下載到目標板上。

　　5 μClinux內核的編譯和移植
　　
　　作為操作系統的核心，μClinux內核負責管理系統的進程、內存、設備驅動程序、文件系統和網絡系統，決定著系統的各種性能。μClinux內核采用模塊化的組織結構，通過增減內核模塊的方式來增減系統的功能。

　　內核配置，在產品列表中選擇Samsung/4510B。在庫的選擇上選uC-lib c。
　　
　　(2) make dep
　　尋找依存關系。
　　
　　(3) make clean
　　清除以前構造內核時生成的所有目標文件、模塊文件和一些臨時文件。
　　
　　(4) make lib_only
　　編譯庫文件。
　　
　　(5) make user_only
　　編譯用戶應用程序文件。
　　
　　(6) make romfs
　　生成romfs文件系統。
　　
　　(7) make image

　　(8) make

　　通過各個目錄的makefile文件進行，會在各目錄下生成一大堆目標文件。
　　
　　上述步驟完成后，就完成了對μClinux源碼的編譯工作。我們可以在/μClinuxS amsung/images目錄下看到2個內核文件：image.ram和image.rom。

　　其中iamge.rom可以直接燒寫入Flash存儲器中，當系統復位或上電時，內核自解壓到SDRAM運行。Image.ram可以通過SDT載入到SDRAM中直接運行。

　　μCLinux的內核有2種可選的運行方式：可以在Flash上直接運行，也可以加載到RAM中運行。

　　Flash運行方式：把內核的可執行映像文件燒到Flash上，系統啟動時從Flash的某個地址開始逐句執行。這種方法實際上是很多嵌入式系統采用的方法。

　　內核加載RAM方式：把內核的壓縮文件存放在Flash上，系統啟動時讀取壓縮文件在內存里解壓，然后開始執行，這種方式相對復雜一些，但是運行速度可能更快。同時這也是標準Li nux系統采用的啟動方式。

　　6 應用程序在μClinux上的開發

　　下面將介紹如何把一個應用程序（例如examplec）添加到μClinux上的過程。

　　首先進入μClinux-Samsung/user目錄并建立一個自己的子目錄，如myproject。將exam plec復制到myproject目錄下，并編寫相應的makefile文件。接著進入user目錄，增加一行語句到該目錄下的makefile文件：

　　　dir_$(CONFIG_USER_MAAPP_LEDNXY)+=myapp
　　　切換到目錄μClinuxSamsung/config下，打開configin這個文件，并在增加類似下面的語句：
　　　mainmenu_option next_comment
　　comment'My Application'
　　bool'example' CONFIG_USER_MYPROJECT_
　　EXAMPLE
　　comment'My Application
　　endmenu

　　此后，在編譯內核的make menuconfig時就可以在Customize Vendor/User Setting(NE W)這一項的子菜單中選中自己的應用程序example，然后按第5節中相同的辦法進行編譯即可。

　　但是，如果我們每修改一次應用程序，就要把他加入到內核中重新編譯，顯然效率太低，也不可行。那么有什么方法來節省調試時間呢?

　　在上面的章節中曾提到Bootloader可以擔當與主機端通信的任務，在這里我們就可以通過他把應用程序快速下載到目標板上。

　　首先通過elf2flt這個工具交叉編譯example.c生成在μClinux下的可執行文件example（flat格式）,命令如下：

　　arm-elf-gcc-Wall-o2- wl,elf2flt- o example example.c

　　接著將宿主機與目標板通過串口線連接，并在宿主機上啟動一個超級終端，例如minic om，選擇好一個COM口（通常是串口1），設置波特率為19 200，8個數據位、1個停止位，無校驗。然后選擇傳輸協議Zmodom,選定需要傳輸的文件example并發送。傳輸結束后可以通過超級終端在目標板的目錄中發現example，這說明傳輸成功。

　　在目標板上將example加上x屬性（可執行屬性），然后輸入命令/example就可以運行此程序了。顯然，通過這種方法可以很方便快捷的調試應用程序，等調試結束，再把他加入到內核中一起編譯即可。

　　7 結語

　　討論了如何將μClinux移植到ARM7體系微處理器S3C4510B上的基本流程，同時也簡要的介紹了Bootloader以及應用程序的加載和調試方法。在不同的宿主機和目標板環境下，具體移植過程中可能會出現各種不同的錯誤或問題，可以充分利用GCC這個強大的工具，根據他的錯誤提示來一步步的進行修正，終成功的移植μClinux。

　　參考文獻   

　　［1］李善平，劉文峰，王煥龍.Linux與嵌入式系統［M］.北京：清華大學出版社，2003
　　［2］李駒光，聶雪媛，江澤明，等.ARM應用系統開發詳解［M］北京：清華大學出版社，2003