1 引言

嵌入式Linux(Embedded Linux)是指對Linux經(jīng)過小型化裁剪后，能夠固化在容量僅有幾十萬字節(jié)的存儲器芯片或單片機中，應用于特定嵌入式場合的專用Linux操作系統(tǒng)。嵌入式Linux是由很多體積小且性能高的微內(nèi)核系統(tǒng)組成，在內(nèi)核代碼完全開放的前提下，不同領(lǐng)域和不同層次的用戶可以根據(jù)自己的應用需要很容易地對內(nèi)核進行改造，在低成本的前提下，設(shè)計和開發(fā)出真正滿足自己需要的嵌入式系統(tǒng)。

隨著電子市場的發(fā)展壯大，高性能低功耗的多媒體手提設(shè)備和無線設(shè)備越來越受到市場的歡迎，Intel XScale PXA255處理器正是針對這一情況推出的。它采用Intel XScale微結(jié)構(gòu)體系框架，采用ARMV5TE的7級超流水線，可以工作在200MHz、300MHz、400MHz下，集成了許多常用的外圍接口，功能強大。本文將介紹如何在Intel XScale PXA255上構(gòu)建嵌入式Linux應用平臺。

一個嵌入式Linux系統(tǒng)的構(gòu)建由以下步驟組成：加載Bootloader引導程序、交叉編譯環(huán)境下加載和編譯Linux內(nèi)核和與之配套的根文件系統(tǒng)等，下面就逐步介紹各個步驟的實現(xiàn)情況。

2.1 加載Bootloader引導程序

Bootloader引導程序是系統(tǒng)加電啟動后運行的第一段軟件代碼。回憶一下PC的體系結(jié)構(gòu)我們可以知道，PC機中的引導加載程序由BIOS(其本質(zhì)就是一段固件程序)和位于硬盤MBR中的引導程序一起組成。而在嵌入式系統(tǒng)中，通常并沒有像BIOS那樣的固件程序，因此整個系統(tǒng)的加載啟動任務就完全由Bootloader來完成。Bootloader的啟動流程一般分為兩個階段：stage1和stage2。在 stage1中的代碼通常用匯編語言實現(xiàn)，以提高系統(tǒng)運行的效率，而stage2中通常用C語言實現(xiàn)，目的是實現(xiàn)更復雜的功能和取得更好的代碼可讀性和可移植性。

在stage1中Bootloader主要完成以下工作：

項目基金：國家自然科學基金(50678099)
(1)基本的硬件初始化。
(2)為加載stage2準備RAM空間。
(3)拷貝stage2到RAM空間中。
(4)設(shè)置堆棧指針sp，這是為執(zhí)行stage2的C語言代碼做好準備。

在stage2中Bootloader主要完成以下工作：(1)用匯編語言跳轉(zhuǎn)到main入口函數(shù)。(2)初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備。(3)檢測系統(tǒng)的內(nèi)存映射。(4)加載內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像。(5)設(shè)置內(nèi)核的啟動參數(shù)。

本平臺中的Bootloader選擇的是U-Boot(Universal Bootloader)，是遵循GPL條款的開放源碼項目。其源碼目錄、編譯形式與Linux內(nèi)核很相似，事實上，不少U-Boot源碼就是相應的 Linux內(nèi)核源程序的簡化，尤其是一些設(shè)備的驅(qū)動程序，這從U-Boot源碼的注釋中就能體現(xiàn)這一點。就目前為止，U-Boot對PowerPC系列處理器支持最為豐富，對Linux的支持最完善。

在http://sourceforge.net/projects/u-boot下下載最新版本的U-Boot，移植之前需要仔細閱讀u-boot目錄下的readme文件，其中對如何移植做了簡要的介紹。為了減少移植的工作量，可以在include / config目錄下選一個和要移植的硬件相同或相似的開發(fā)板，根據(jù)硬件平臺的配置情況和參考現(xiàn)有的源碼，對配置文件進行修改和配置，如修改和配置 FLASH信息、SDRAM信息、網(wǎng)絡(luò)配置、處理器配置、中斷、開發(fā)版參數(shù)設(shè)置等。之后用make命令生成映像文件下載并燒寫到FLASH中。

2.2 交叉編譯環(huán)境下加載和編譯Linux內(nèi)核

2.2.1 建立交叉編譯環(huán)境

所謂交叉編譯是指當主機系統(tǒng)和目標系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)與操作系統(tǒng)不兼容時，將在主機系統(tǒng)上編譯的可執(zhí)行程序應用到目標系統(tǒng)上運行的編譯方法。嵌入式系統(tǒng)通常是一個資源受限的系統(tǒng)，因此直接在嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺上編寫軟件比較困難，有時候甚至是不可能的。所以需要建立交叉編譯環(huán)境，下載hybus- arm-linux-R1.1.tar.gz到/usr/local目錄下。
# cd usr/local
# tar zxvf hybus-arm-linux-R1.1.tar.gz

生成hybus-arm-linux-R1.1目錄，然后在/root/.bash_profile下修改添加以下路徑：
PATH=$PATH:/usr/local/ hybus-arm-linux-R1.1/bin
export PATH

至此，交叉編譯環(huán)境建立完成。

2.2.2 加載和編譯Linux內(nèi)核

Linux系統(tǒng)的內(nèi)核采用單塊結(jié)構(gòu)，可以動態(tài)地加載和卸載模塊。系統(tǒng)利用內(nèi)核模塊的可動態(tài)加載和卸載功能，可以方便地在內(nèi)核中添加新的組件或卸載不再需要的內(nèi)核組件。內(nèi)核模塊的動態(tài)裝載性使得內(nèi)核映像的尺寸保持在最小，并且具有最大的靈活性，同時便于檢驗新的內(nèi)核代碼，而不需重新編譯內(nèi)核且重新引導，從而用戶可以根據(jù)自己系統(tǒng)的需要構(gòu)筑自己的私有內(nèi)核，其源碼的公開更為改造其內(nèi)核提供了可能，尤其為重建有特殊要求的操作系統(tǒng)提供了可能。Linux的內(nèi)核版本發(fā)行同Linux對嵌入式處理器支持程度的發(fā)展是不同步的，因此需要對特定的處理器體系結(jié)構(gòu)選擇適合的內(nèi)核，在本文中選用2.4.18的內(nèi)核版本，下載已經(jīng)打好補丁的內(nèi)核資源linux-2.4.18-rmk7.tar.bz2。
# tar jxvf linux-2.4.18-rmk7.tar.bz2
# cd linux-2.4.18-rmk7
# make menuconfig
# make dep
# make zImage

完成后在arch/arm/boot 路徑下生成映像文件zImage，下載到開發(fā)平臺上并燒寫到FLASH中。