基于arm平台的linux的开发-硕士论文.pdf

♁ 國立中山大學 電機工程學系 碩士論文 基於 ARM 微控制器 linux 平台的開發 Porting Linux on ARM-Based Micro-controllers 研究生：蔡汝欽 撰 指導教授：李錫智 博士 中華民國 九十五 年 六 月 i序言 序言 研究所碩士班煎熬了多年，心力消磨俱疲，這段期間的失敗都歸咎自己努 力多顯不足，蹉跎寶貴時間，因個人心情因素致研究多所耽擱，造成師長家人 為我牽掛，敝人實感抱歉 或許是我個人對事情處理能力欠佳，於事情決擇分叉點總覺茫然不知所措 ，未能理性來處理遭受的生活挫敗，導致這段學習歷程缺陷不甚完美延畢心 情固然沉重複雜，冷靜細細思索，最大障礙還是在自己的 EQ 休養略顯不足 首先我要感謝指導教授李錫智老師給了我那麼多指教，反覆地給我機會， 並予我生活津貼補助，提供我實作論文的方向與環境，也感謝樂謙電腦科技公 司提供實作上支援 這段期間家人給我的鼓勵使我堅定繼續完成學業，感謝大哥大嫂細心照顧 生活上的點滴，因為你們無倦怠地付出，改善我生活起居，飲食獲得充足營養 ，得以有體力支撐完成學業，身體保持健康 論文實作上碰到瓶頸，覺得研究上孤獨寂寞時，本校光電所 92 級畢業好友 王俊鎧總是於百忙工作閒暇給我電話加油打氣，想起以前在中山一起學習的快 樂日子，不時倍感溫暖，打起精神衝勁繼續往前邁進。

最後要特別向大陸深圳的朋友陳媛小姐表達致謝，非常開心有緣能認識她 ，感謝近快半年來她帶給我支持與鼓勵 ii論文摘要 論文摘要 愈來愈多的嵌入式系統選擇 ARM 微控制器當作中央處理器，這類系統若 沒有作業系統支持，應用範圍及便利性將受到限制，因此嵌入式作業系統變得 迫切需要市面上存在多種商業化嵌入式作業系統，其中 Linux 具有多項優點 ，已廣為接受商業版 Linux 支付權利金比其他種類的嵌入式作業系統低，核 心和應用程式源碼大多以 GPL 版權公開原始碼發怖，易於移植跨多種機器平台 現今硬體技術發展成熟，3C 產值利潤毛利逐步快速下滑，因此整合現有技 術符合實用經濟以使得產品增值，並提高自行開發比例以降低成本開發者根 據產品功能需求選用 ARM 微控制器，Linux 自由發表版未盡支持該廠牌 ARM 處理器，此時開發人員得自行移植 Linux 支援該機器平台，嵌入式作業系統無 需額外支出權利金；或者尋求有支持的商業版 Linux，如此成本將額外支付權 利金 嵌入式系統以輕巧實用配置週邊設備，例如 UART 介面是低速率且經濟的 傳輸方式，主機與目標板溝通可採用 RS-232 埠，Linux 下 RS-232 埠實現序列 操控台功能，扮演鍵盤與螢幕的角色；工業控制常搭配 RS-xxx 資料傳輸介面， 例如 RS-485 結合應用 modbus 協定構建廉價的監控網。

網路傳輸也是嵌入式系 統不可或缺的功能，需求較高資料傳輸速率的應用一般都選擇乙太網，socket 系統呼叫方便網路應用程式開發嵌入式系統一般不搭載磁碟，為了保存永久 性資料，flash 區塊磁碟系統是一個普遍的策略，藉由 MTD 子系統層（[28]）驅 動 flashMTD 區分成驅動模組及使用者模組，驅動模組採用 CFI（[40]）偵測 flash 晶片基本資訊（大小、廠牌 ID、單位可抹除區塊大小、分割區），以及抹 除、寫入方法；使用者模組提供 flash 轉譯層及檔案系統，MTD BLOCK 模擬 flash 分割區成為磁碟區塊裝置，如此 Linux 能以檔案系統掛載 flash 分割區，在 此我選用 JFFS2 檔案系統，JFFS2 是專為 flash 裝置特性設計的檔案系統型態 本論文對移植 Linux 到 ARM 微控制器步驟做探討，第一章導論說明本實 作動機，第二章簡介各項用於開發的工具與軟體，以及簡述移植實作的主要步 驟第三章說明 LH79525 架構平台及模擬板主要週邊，再介紹 ARM 的程式設 計者模型第四章全盤概括地提出 ARM Linux 基本知識，以及移植 ARM Linux 的重要議題。

第五章詳述移植 Linux 至夏普 LH79525 機器平台，主要嵌入驅動 週邊界面含 UART、網路 MAC、MTD 子系統層，各部份原始碼修改及核心組 態設定第六章我們一步步測試移植的 ARM Linux，並與樂謙電腦科技公司的 LF-314CP 溫度控制器（[46]）整合應用第七章將整個系統實作提出未來展望 、改善空間與結論，由於移植工作包含許多技術細節，我們希望本移植使 ARM Linux 移植有效率及降低成本，為開發者提供嵌入式系統發展程序及實驗平台 帶來助益 iii關鍵字：Embedded Linux，MTD subsystem，CFI，JFFS2，MCU，UART， MAC，JTAG ，FTL，XIP，ARM EVB，BSP，NOR flash，SDRAM，modbus ivAbstract More and more embedded systems choose ARM-based micro-controllers as CPU. If no embedded OS built with the system, the application scope will be restricted. Therefore, the need of embedded OS is vital. There are many embedded OS’s in the market, but the embedded Linux has many advantages and is widely accepted. Commercial embedded Linux takes less refund than other embedded OS’s. The kernel and most applications are distributed in GPL open source copyright, and is highly portable to many machine platforms. Presently, the hardware key-technology is highly skilled. The margin of 3C industrial has gone down rapidly. Therefore, people focus on adapting integrated technology to practicality and innovation to make cost down. Developers choose appropriate ARM micro-controllers according to demanding functionality of their products. The microcontroller is not necessary running with Linux distribution. Two approaches can be used to resolve the embedded OS issue. The first approach is porting Linux to the platform without any refund. The second approach is to pay for commercial Linux. Embedded system peripheral devices aim at powerful functionalities and economy. For instance, UART interface is cheap and low data transfer rate. The target board communicates with host via RS-232. RS-232 acts as serial console to play dumb terminal under Linux. Industrial applications often make use of RS-xxx for UART physical transmission layer. For instance, RS-485 applies modbus protocol to build cheap monitor systems. Network transmission is a necessary function, and it generally achieves high data transfer rate application through Ethernet. The UNIX- like network socket has served network application very well. Embedded systems are usually diskless systems. In order to keep permanent data, using flash memory as block disk system is a widely adapted strategy and which operates flash memory through MTD subsystems（[28]）. An MTD subsystem contains two different modules, “user＂and “driver＂. In the driver module, CFI（[40]） is applied to probe flash chip, partition it and provide operating function. Flash translation layer and file-system are applied in the user module. MTD BLOCK is used to emulate the flash partitions as block devices which are then mounted into Linux virtual file system （VFS）with JFFS2 type, designed according to the feature of flash devices. In this thesis, we will describe in detail the procedure of porting Linux to ARM micro-controllers. The motivation of the work is introduced in chapter 1. In chapter 2, we introduce development tools and the main flow of the porting procedure. In chapter 3, we describe the LH79525 platform and the main perepherals on the target board, then introduce the ARM programmer model. In chapter 4, we examine the vrequired knowledge and the important issues for porting ARM Linux. In chapter 5, we describe the details of porti。