对于嵌入式 Linux 系统来说,有各种体系结构的处理器和硬件平台,并且用户需要根据需求自己定制硬件板。只要是硬件平台有些变化,即使非常小,可能也需要做一些移植工作。内核移植是嵌入式Linux系统中最常见的一项工作。
内核移植工作主要是修改跟硬件平台相关的代码,一般不涉及 Linux 内核通用的程序。移植的难度也取决于两种硬件平台的差异。Linux 对于特定的硬件平台的软件就叫作 BSP(Board Support Package)。
由于 Linux 内核具备可移植性的特点,并且已经支持了各种体系结构的很多种目标板,我们很容易从中找到跟自己硬件类似的目标板。参考内核已经支持的目标板来移植 BSP,就如同使用模板开发程序。
因此,移植linux内核的过程大多数情况下就是移植BSP的过程。三星公司提供了smdk24xx开发板的BSP。对于mini2440开发板来说,移植linux内核,只要修改smdk24xx开发板的BSP使该linux支持mini2440开发板就可以了。
linux内核源代码的ARCH目录存放的是体系结构相关的代码,对于每个架构的CPU,arm目录下都有一个对应的目录,比如arch/arm、arch/i386。而arm架构的处理器种类又有很多,所以,在arch/arm目录下对于每种arm架构处理器也有一个对应的子目录,比如arch/arm/mach-s3c2440、arch/arm/mach-s3c2410等。在arch/arm目录下有一个plat-s3c24xx目录,根据目录名它应该是与s3c24xx系列处理器的平台设备相关的一个目录。注意,所谓的“平台设备”并不是与字符设备、块设备和网络设备并列的概念,而是linux系统描述设备的一个附加手段。在plat-s3c24xx目录下有一个common-smdk.c文件,根据文件名,它应该是三星公司的smdk24xx系列开发板都需要的一个文件。在移植驱动的时候经常需要修改arch/arm/plat-s3c24xx/common-smdk.c文件。对于arch/arm/mach-s3c2440目录,它是专门用来保存 S3C2410 系列处理器平台相关程序,其中 Kconfig 和 Makefile 是用于内核配置编译的。其他文件分为 2 类,一类是处理器通用的,例如:clock.c clock.h cpu.c cpu.h s3c2410.c s3c2410.h等;另一类是目标板相关的,例如:bast.h bast-irq.c mach-bast.c等。在这些文件中,实现了处理器和目标板相关的一些定义和初始化函数。还有些相关的定义包含在 include/asm-arm/arch-s3c2410/下的头文件中。
linux内核中对于每种支持的开发板都会使用宏MACHINE_START、MACHINE_END来定义一个machine_desc结构。MACHINE_START、MCHINE_END的定义如下:
(1)#define MACHINE_START(_type,_name) static const struct machine_desc __mach_desc_##_type __used __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = { .nr = MACH_TYPE_##_type, .name = _name, #define MACHINE_END };在arch/arm/mach-s3c2410/mach-smdk2440.c中可以找到SMDK2440开发板的定义如下: MACHINE_START(S3C2440, "SMDK2440") .phys_io = S3C2410_PA_UART, .io_pg_offst = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc, .boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100, .init_irq = s3c24xx_init_irq, .map_io = smdk2440_map_io, .init_machine = smdk2440_machine_init, .timer = &s3c24xx_timer,MACHINE_END
把MACHINE_START、MACHINE_END扩展开来就是定义了一个名为__mach_desc_S3C2440的结构体变量:
const struct machine_desc __mach_desc_S3C2440 __used __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) ={ .nr = MACH_TYPE_S3C2440, //开发板的机器类型ID .name = "SMDK2440", //开发板名称 .phys_io = S3C2410_PA_UART, //起始IO物理地址 .io_pg_offst = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc, .boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100, //内核启动参数的地址 .init_irq = s3c24xx_init_irq, //中断初始化函数 .map_io = smdk2440_map_io, //IO映射函数(在这里修改时钟频率) .init_machine = smdk2440_machine_init, .timer = &s3c24xx_timer, };
MACH_TYPE_S3C2440可以看作是系统平台号,它包含在include/asm- arm/mach-types.h头文件中,不过这个头文件是在配置内核或编译内核时自动生成的,所以不能更改。。真正系统平台号
的定义位置在arch/arm/tools/mach-types文件中。
# machine_is_xxx CONFIG_xxxx MACH_TYPE_xxx number
s3c2440 ARCH_S3C2440 S3C2440 362
arch/arm/tools/mach-types中每一行定义一个系统平台号。 “machine_is_xxx”是用来判断当前的平台号是否正确的函数; “CONFIG_xxxx”是在内核配置时生成的; “MACH_TYPE_xxx”
是系统平台号的定义; “number”是系统平台的值。 __mach_desc_S3C2440结构体中的函数将在内核启动过程中,完成系统平台的初始化工作
对于具有相同处理器的系统平台,并不需要对每一个平台都编写一个BSP,如果他们的外围接口电路基本相同,也许只需修改一些数据的定义,修改几个函数的参数就可以了。
(2)linux设计了一个通用的数据结构resource来描述各种I/O资源(比如,IO端口,DMA,中断等)
include/linux/ioport.hstruct resource{ resource_size_t start; resource_size_t end; const char *name; unsigned long flags; struct resource *parent, *sibling, *child;};
flags:资源标记,用于标识各种资源,例如IORESOURCE_MEM表示内存资源,IORESOURCE_IRQ表示中断资源
对于内存资源,start表示内存起始物理地址,end:表示内存末尾物理地址
对于中断资源,start表示起始中断号,end表示最后一个中断号
常用资源数组来表示一个设备所拥有的各类资源,比如s3c2440的片内LCD控制器拥有的资源如下
static struct resource s3c_lcd_resource[]={[0]={ .start=S3C24XX_PA_LCD, .end=S3C24XX_PA_LCD+S3C24XX_SZ_LCD-1, .flags=IORESOURCE_MEM,}[1]={ .start=IRQ_LCD, .end=IRQ_LCD, .flags=IORESOURCE_IRQ, }};
其中S3C24XX_PA_LCD被定义为0x4D000000,S3C24XX_SZ_LCD被定义为1M。所以,在这里给LCD控制器分配的物理地址空间范围为0x4D000000~0x4D0FFFFF,这些是LCD控制器各寄存器使用的地址,但实际上LCD控制器的寄存器地址的范围为0x4D000000~0x4D000060,使用0x4D000000和0x4D000060给他们赋值也应该是可以的。IRQ_LCD算得是32,它会将GPG4引脚设为LCD_PWREN功能,因为GPG4为LCD_PWREN/EINT12复用。
(3)在内核文件include/linux/platform_device.h中,定义了两个数据结构来表示设备和驱动程序:platform_device结构用来描述设备的名称、ID、所占用的资源(比如内存地址/大小、中断号)等;platform_driver结构用来描述各种操作函数,比如枚举函数、移除设备函数、驱动名称等。
//平台设备struct platform_device { const char * name; //设备名 int id; struct device dev; u32 num_resources; // 设备所使用的各类资源数量 struct resource * resource; // 设备的资源数组 struct platform_device_id *id_entry; struct pdev_archdata archdata;};//平台驱动struct platform_driver { int (*probe)(struct platform_device *); //探测 int (*remove)(struct platform_device *); //移除 void (*shutdown)(struct platform_device *); //关闭 int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);//挂起 int (*resume)(struct platform_device *); //恢复 //描述驱动的名称(name)和属主(owner)等信息 struct device_driver driver; struct platform_device_id *id_table;};
内核启动后,首先构造链表将描述设备的platform_device构造组织起来,得到一个设备的列表;当加载某个驱动程序的platform_driver结构时,使用一些匹配函数来检查驱动程序能否支持这些设备,常用的检查方法很简单:比较驱动程序和设备的名称。
以S3C2440开发板为例,在arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c中定义了如下设备:
static struct platform_device *smdk2440_devices[] __initdata ={ &s3c_device_usb, //USB控制器 &s3c_device_lcd, //LCD控制器 &s3c_device_wdt, //看门狗 &s3c_device_i2c, &s3c_device_iis, };在arch/arm/plat-s3c24xx/common-smdk.c中定义了如下设备:static struct platform_device __initdata *smdk_devs[] ={ &s3c_device_nand, //NAND FLASH &smdk_led4, &smdk_led5, &smdk_led6, &smdk_led7,};