基于DOC嵌入式Linux系统的构建.pdf

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1、http:/-1-基于基于 DOC 嵌入式嵌入式 Linux 系统的构建系统的构建 刘小飞1，杨丰萍2 1华东交通大学电气与电子工程学院，江西南昌(330013)2华东交通大学交通信息工程及控制研究所，江西南昌(330013)E-mail：fei_ 摘摘 要：要：本文根据实际项目真空断路器检测仪的研制，介绍了基于 DOC 的嵌入式 Linux 系统的构建原理，描述了嵌入式 Linux 系统内核的裁剪与编译、Linux 文件系统的创建、引导装载程序的定制，最后介绍了如何在 DOC 上引导操作系统。关键词：关键词：嵌入式 Linux；bootloader；文件系统；DOC 中图分类号：中图分类号：

2、TP316 文献标识码：文献标识码：A 1引言引言 Linux 是开放源代码的操作系统，具有安全性和可靠性高、成本低、网络功能强等特点，随着嵌入式系统需求的大幅增加，Linux 操作系统由于自身的优势，成了许多嵌入式系统开发者的首选。由于嵌入式系统苛刻的硬件资源，通用的 Linux 系统通常并不适合直接运行在嵌入式系统中，需要根据实际应用 Linux 内核进行裁剪。DOC是一种新型闪存电子盘，以盘体体积小、功耗低和带硬盘仿真功能等特点，在一些对电源功耗要求苛刻、空间狭小的嵌入式场合，有它很独到的优势。加之目前生活自动化、智能设备终端等领域的技术日趋成熟，在嵌入式操作系统应用日益广泛的今天，嵌入

3、式操作系统对此类电子盘设备的支持日益完善。本文以实际项目真空断路器检测仪的研制为例，描述了如何实现基于 DOC2000 的构建嵌入式 Linux 系统1。2Linux内核配置与编译内核配置与编译 Linux 内核定制要做的主要工作就是：根据系统所需的功能，裁剪掉不需要的内核组建和模块，编译生成新内核。为了正确的合理地设置内核编译配置选项，从而只编译系统需要的功能的代码，一般主要有下面四个考虑2：1)自己定制编译的内核运行更快（具有更少的代码）2)系统将拥有更多的内存（内核部分将不会被交换到虚拟内存中）3)不需要的功能编译进入内核可能会增加被系统攻击者利用的漏洞 4)将某种功能编译为模块方式会比

4、编译到内核内的方式速度要慢一些 本测试系统无须支持最新的硬件设备，基于性能稳定的考虑，下载版本号 2.4.18 的 Linux内核。编译内核需要 root 权限，以下操作都是以 root 用户身份登陆系统的。首先将内核拷贝到/usr/src/下，命令为：#cp linux-2.4.18.tar.gz /usr/src/在/usr/src/文件夹中删除 linux-2.4 符号链接，接着解压下载的内核源程序文件，命令为：#tar-zxvf linux-2.4.18.tar.gz#mv linux linux-2.4.18 /改名#ln-s linux-2.4.18 linux#cd/usr/sr

5、c/linux /移至内核源代码目录 通常内核重新编译要运行的第一个命令是：#make mrproper /该命令确保源代码目录下没有不正确的.o 文件以及文件的互相依http:/-2-赖。#cd/usr/include/#rm-r asm linux scsi /确保/usr/include/目录下的 asm、linux 和 scsi 等链接是指向要升级的内核源代码的。#ln-s/usr/src/linux/include/asm-i386 asm#ln-s/usr/src/linux/include/linux linux#ln-s/usr/src/linux/include/scsi s

6、csi 这是配置非常重要的一部分。删除掉/usr/include 下的 asm、linux 和 scsi 链接后，再创建新的链接指向新内核源代码目录下的同名的目录。这些头文件目录包含着保证内核在系统上正确编译所需要的重要的头文件。#make menuconfig /配置内核 因为要使用 DOC 2000 作为检测系统的存储设备，所以需要内核加入对 DOC 的支持。内核配置完成保存以后，接下来是编译，执行以下命令:#make dep /读取配置过程生成的配置文件，来创建对应于配置的依赖关系树#make clean /完成删除前面步骤留下的文件，以避免出现一些错误#make bzImage 或 m

7、ake zImage#make modules /生成相应的模块#make modules_install /把模块拷贝到需要的目录中#depmod a /生成模块间的依赖关系 经过以上的步骤，得到了裁减后的内核。为了能够使用新版本的内核，我们还需要做一些改动(/rootfs 为嵌入式 Linux 存放目录)，命令为：#cp/usr/src/linux/System.map /rootfs/boot/System.map-2.4.18#cp/usr/src/linux/arch/i386/bzImage /rootfs/boot/vmlinuz-2.4.18 最后并将编译好的模块拷贝入相应目录

8、：#cp r/lib/modules/2.4.18 /rootfs/lib/modules/2.4.18 3创建根文件系统创建根文件系统 3.1 编译编译 busybox busybox 被非常形象地称为嵌入式 Linux 系统中的“瑞士军刀”,因为它将许多常用的UNIX 命令和工具结合到了一个单独的可执行程序中。虽然与相应的 GNU 工具比较起来,busybox 所提供的功能和参数略少,但在比较小的系统(例如启动盘)或者嵌入式系统中,已经足够了。本系统下载 busybox 的 1.00 稳定版,压缩包大小为 1.3 MB 左右。将源码解压之后,进入到 busybox 1.00 目录中,运行

9、make menuconfig 可以打开它的编译界面。根据系统要求进行相关的设置，设置完毕后保存、退出,执行 make;make install 命令,busybox 将在目标根文件系统中建立/usr、/bin、/sbin 等目录。从中可以看到,编译好的 busybox 可执行文件和其他应用命令的符号链接。3.2 完善文件系统完善文件系统 参考一个正常的 Linux 系统就会发现,busybox 建立的文件系统还缺少很多文件。下面两行命令建立了常见 UNIX 系统中包含的一些目录,虽然它们不全是必需的,但建立它们更符合标准一些。这些命令都是在新文件系统的根目录中执行的。http:/-3-mkd

10、ir mnt root var tmp proc boot etc lib home dev mkdir/var/lock,log,run 如果 busybox 采用了动态链接的方式编译,还需要把 busybox 所需要的动态库:libcrypt.so.1、libc.so.6、ldlinux.so.2 放到 lib 目录中。3.3 设置配置文件设置配置文件/etc 中的 inittab 文件，是系统启动非常重要的脚本文件，它包括了所有 init 启动运行级别所必须的信息,后续启动的文件都由它指定。本系统 inittab 文件具体内容如下:id:3:initdefault:si:sysinit:

11、/etc/rcc l0:0:wait:/etc/rc0 16:6:wait:/etc/rc6 ca:ctrlaltdel:/sbin/shutdown-t3-r now 1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1 首先这个系统运行多用户模式启动，然后立即运行 rcc 脚本，进行系统初始化动作，当系统运行级别为 0 或 6 时，分别运行对应的脚本 rc0 和 rc6。其实这样就已经完成最基本的启动了，inittab 中的后两行根据开发需要新加入的。倒数第二行为了帮助 Microsoft Windows用户/etc/inittab 把 Ctrl+Alt+Del 组合键与

12、shutdown 命令相关联。最后一行在 Linux 以运行级2、3、4、5 启动时配置第一个虚拟控制台 tty1。然后介绍/etc/fstab，/etc/fstab 存放系统中的文件系统信息34。当正确设置了该文件，可以通过mount/directoryname”命令来加载一个文件系统，每种文件系统都对应一个独立的行，每行中的字段都由空格或 tab 键分开。本系统构造的/etc/fstab 文件内容如下：/dev/nfla1 /ext2 defaults 1 1 proc /proc proc defaults 0 0 接着介绍 rcc 配置文件，本系统构造 rcc 文件代替标准 Linux

13、 中的 rc.sysinit 文件。系统初始化脚本 rc.sysinit 是在/etc/inittab 中一个最重要的脚本。本系统设置的 rcc 脚本内容如下：#!/bin/sh echo fsck ext3 fsck.ext3/dev/nftla1 echo mount proc filesystem./bin/mount-n-t proc none /proc echo mount root filesystem./bin/mount-n-o remount,rw/echo umount initrd/bin/umount/initrd/sbin/hwclock-hctosys-local

14、time/bin/tpaneld/bin/usbpnpd echo insmod usb modules/bin/mount-t usbdevfs usbdevfs/proc/bus/usb/sbin/insmod/lib/modules/2.4.18/kernel/drivers/usb/usb-ohci.o/sbin/insmod/lib/modules/2.4.18/kernel/drivers/usb/usb-uhci.o/sbin/insmod/lib/modules/2.4.18/kernel/drivers/scsi/sd_mod.o http:/-4-/sbin/insmod/

15、lib/modules/2.4.18/kernel/drivers/usb/storage/usb-storage.o/sbin/insmod-f/lib/modules/2.4.18/kernel/drivers/cjk/zkjxqd.o/sbin/insmod-f/lib/modules/2.4.18/kernel/drivers/lp/printerqd.o echo insmod eth0/sbin/insmod/lib/modules/2.4.18/kernel/drivers/net/8139too.o ifconfig lo 127.0.0.1 ifconfig eth0 192

16、.168.50.136 netmask 255.255.255.0 route add default gw 192.168.50.254 eth0 echo set hostname/bin/hostname zhengkongduanluqi/etc/mysqld start/home/breaker/breaker poweroff 2/dev/null 这个脚本告诉操作系统，系统启动之后要加载哪些模块，开启哪些功能，执行哪些程序。首先系统加载了相关的文件系统，运行/bin/tpaneld 这个支持触摸屏的正常使用，接着加载了USB的一系列模块，然后加载了采集卡的驱动模块zkjxqd.o

17、和打印机的驱动模块printerqd.o，接着开始配置网络并设置主机名为 zhengkongduanluqi，最后开启数据库服务，运行本检测仪的应用程序。还有一些配置文件可以从开发主机上拷贝过来就可以了。通过以上的工作我们可以得到一个微型的 Linux 文件系统3。4定制引导装载程序定制引导装载程序 前面得到了需要的新内核，下面定制系统引导程序（Boot Loader）。但是如同 PC 机中的 BIOS 一样，系统启动时需要一段引导程序，在嵌入式系统中也同样需要 bootloader4(即引导程序)。本系统的是基于 X86 架构 CPU 的工控板，基于在 X86 架构的 CPU 而开发的系统，

18、系统引导管理器主要有 GRUB 和 LILO。GRUB 的功能非常多，更易于使用，更可靠和灵活，而且非常小巧。所以选用 GRUB 做为的引导管理器。GNU GRUB(GRand Unified Bootloader)是一个将引导装载程序安装到主引导记录的程序，X86 系统启动期间，BIOS 会在内存中寻找 BIOS extensions，只要找得到 BIOS 就会加以执行。DOC 设备中包含一个称为 Initial Program Loader（IPL）的 ROM 程序，IPL 便是利用此特性去安装另一个称为 Secondary Program Loader（SPL）的程序，SPL 可作为系统

19、启动期间的 bootloader。缺省情况下，SPL 由 M-Systems 自己的固件提供。然而，要让 Linux 从DOC 设备引导，SPL 必须被替换成能够认得 DOC 设备上 Linux 格式的 bootloader。因此在DOC 设备上使用 GRUB 引导，SPL 必须被替换成“为了从 DOC 引导而定制的”GRUB 版本。因为系统中可能还会有其他的 BIOS 扩展，IPL 加载的 SPL 可能无法无法立即启动，而此它必须安装 Terminate and Stay Resident（中止并驻留，TSR）程序并且进入休眠状态直到BIOS 可以启动系统为止。GRUB SPL 会被替换成

20、BIOS 的引导中断 INT 19h，使用定制的中断处理例程来执行 GRUB，以便完成从 DOC 设备引导的工作。因此其他的 BIOS 扩展能够执行，而且只有在系统可以引导时才会调用 GRUB。然而这个方法的问题是：BIOS 安装的缺省引导处理例程根本没有机会执行，而且当GRUB 的处理例程被调用时，在 BIOS 中选用的任何引导配置选项（例如从硬盘和软盘先引http:/-5-导）将被 GRUB 完全忽略。如果 DOC 上的配置文件设定正确，这样不会有什么问题。否则你需要先使用 DOC 引导，然后在 Linux 中修改配置文件，或者你可以从 DOC 中将 GRUB完全移除。然而 GRUB 的配

21、置文件中只要有错误就会造成引导失败的结果。如果没有办法在启动时候停止引导中断例程的取代功能，将无法重新引导系统。目前解决此问题比较好的方法为：修改 GRUB SPL，使其会复制原始的处理例程，并且将它替换成 GRUB 引导处理例程，让 BIOS 在系统中继续寻找其他的 BIOS 扩展。当 GRUB的引导例程被调用时，它会检查用户是否按下了 Ctrl 键。如果有，便会回到原始的引导处理例程，于是离开 BIOS 并且以用户选择的引导配置继续引导。如果没有按下 Ctrl 键，GRUB会继续它的正常程序加载 DOC 上的内容。MTD CVS 里的 GRUB 补丁文件 grub-0.92-doc.pat

22、ch 就是用上述方法实现的，下载grub-0.92-doc.patch 和 GRUB-0.92，移到 grub0.92 目录并运行#patch p0 grub-0.92-doc.patch#aclocal&automake&autoconf#./configure -enable-diskonchip2000 -enable-diskonchip-ctrlbypass -enable-ext2fs -disable-ffs -disable-xfs -disable-jfs -disable-vstafs -disable-reiserfs -disable-minix -disable-fa

23、t#make 编译好后，stage/grub_firmware 就是将被写入 DOC 的 GRUB 映象。GRUB 使用配置文件来决定来决定引导媒体以及它必须启动的内核，GRUB 的配置文件 menu.lst 会被原封不动地放在目标板根文件系统中地/boot/grub/目录里，而且 GRUB 会在启动时读取它。要将 GRUB 设定从 DOC 引导，需要建立 menu.lst 文件。以下是本系统的配置文件：#grub.conf generated by anaconda#default=0 timeout=5 splashimage=(dc0,0)/boot/grub/splash.xpm.gz

24、 title Red Hat Linux(2.4.18,framebuffer)root(dc0,0)kernel(dc0,0)/boot/vmlinuz-2.4.18 ro root=/dev/nftla1 vga=0 x314 initrd(dc0,0)/boot/initrd-2.4.18.img 其中带#的行为注释，default 表示在具有多个启动选项的情况下，系统的默认启动项，0表示从第一项开始启动。timeout 表示缺省入口的显示延迟时间（秒）。Title 表示启动时显示的标题。root(dc0,0)表示的是系统安装的位置。Kernel 表示系统内核的位置。root=/dev/

25、nftla1表示根文件系统的位置。而vga0 x314表示系统启动时支持Frame Buffer 显示模式。5在在DOC上引导操作系统上引导操作系统 本测试仪存储设备使用的是 4.2 版本 64M 的 DOC2000，要想系统启动起来，除了前面阶段得到的内核和文件系统外，还得对 DOC 进行处理才能使我们裁剪的系统真正的在目标板的 DOC 上运行起来。第一步，抹除 DOC 设备，命令为：#eraseall/dev/mtd0，这样可以将 DOC 上所有的信息都抹除（包括 bootloader）http:/-6-第二步，安装GRUB bootloader映像，命令为：#doc_loadbios /

26、dev/mtd0 grub_firmware，上面命令将 GRUB 映像写入了 DOC。第三步，NFTL 格式化，在 Linux 中使用 DOC 设备的唯一方法就是对它进行 NFTL 格式化。一旦 DOC 设备完成了 NFTL 格式化，我们就可以使用传统的块设备工具以及与设备有关的文件系统。前面一步使用了 doc_loadbios 工具安装 GRUB,必须要使用 nftl_format 命令对 DOC 设备进行 NFTL 格式化。注意：我们使用的是 doc_loadbios 将 Linux bootloader 安装到了 DOC,所以我们必须跳过写入 bootloader 的内存区域，并且从它

27、的结尾开始格式化的工作。要完成此事，必须为nftl_format 提供一个偏移值。这个偏移值取决于 doc_loadbios 命令的输出，本系统的这个偏移值为 114688。因此命令为：#nftl_format/dev/mtd0 114688，在 doc 设备完成 NFTL 格式化后，必须重新引导系统。第四步，建立分区，在 DOC 设备完成 NFTL 格式化后，可以使用 fdisk 为设备建立分区，命令为：#fdisk/dev/nftla，按照提示进行即可。第五步，建立文件系统，本测试仪采用的是 ext2 文件系统，只建立一个分区，命令为：#mkfs.ext2/dev/nftla1。经过上面的

28、这五个步骤后，最后把内核和文件系统移植到目标板的 DOC2000 设备上，这样就在 DOC 上构建了我们需要的 Linux 系统5。6结语结语 在嵌入式系统的构建中，要根据实际应用对 Linux 内核进行裁剪，要根据硬件情况，在内核中加入对其的支持。本文结合真空断路器检测仪的研制，详细介绍了如何裁剪 linux 内核、创建根文件系统以及定制系统引导程序这三个主要的步骤，最后在 DOC2000 上成功的引导了的嵌入式 Linux 操作系统。目前采用 DOC 构建嵌入式 Linux 系统在嵌入式领域得到了广泛的应用。http:/-7-参考文献参考文献 1 杨丰萍,张碧武等.真空断路器机械特性检测和

29、软件设计J.仪表技术与传感器,2007,12:71-73 2 谷丰.嵌入式 Linux 系统平台的构建J,电脑与信息技术,2003,6:54-57 3 郑桦,刘清等.构造嵌入式 Linux 的文件系统J.微计算机信息,2004,20（8）:49-50 4 聂俊航,邱辉.Bootloader 的分析和设计J,微处理机,2006,4:82-84 5 吴浩,吴非.基于 DOC 的嵌入式系统引导研究与实现J.微处理机,2007,3:114-119 Building an Embedded Linux System Based on DOC Liu Xiaofei1,Yang Fengping 2 1

30、School of Electrical and Electronical Engineering,East China Jiaotong University,Nanchang,Jiangxi,China(330013)2 Institute of Traffic Information Engineering and Control,East China Jiaotong University,Nanchang,Jiangxi,China(330013)Abstract This paper introduces how to building an embedded Linux syst

31、em base on DOC according the development of Vacuum Circuit Breakers mechanical detector.Beginning with the description of the kernel cutting and building of embedded linux system,the paper describes the building of file system and customization of bootloader,and introduces how to boot the embedded linux system based on DOC in the end of the paper.Keywords:Embedded Linux,bootloader,file system,DOC 作者简介：作者简介：刘小飞，男，1983 年生，华东交通大学在读硕士研究生，主要研究方向是嵌入式系统开发。