2024年4月16日发(作者：)

第２９卷第３期　吉林建筑工程学院学报　

Ｖｏ１．２９　Ｎｏ．３　

２０１２年６月　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｊｉｌｉｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　

Ｊｕｎ．２０１２　

嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统移植技术研究水　

张伟杰　

李明理　

（１：吉林建筑工程学院计算机科学与工程学院，长春　

１３０１１８；２：大连理工大学软件学院，大连１１６０００）　

摘要：本文阐述了嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统开发流程和交叉开发环境的建立，分析了Ｌｉｎｕｘ的内部组织结构及其对系统移　

植的影响，介绍了目标硬件平台和现有的软件基础，并从本次目标系统实现的角度，以理论分析为基础，移植实现　

为目标，围绕系统移植的主要内容做了重点剖析和实现．　

关键词：Ｌｉｎｕｘ；ＡＲＭ；系统移植；嵌入式系统　

中图分类号：ＴＰ　３１６．８　文献标志码：Ａ　文章编号：１００９—０１８５（２０１２）０３—００７３—０３　

Ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｌｉｎｕｘ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｉ—ｊｉｅ　，ＬＩ　Ｍｉｎｇ—ｌｉ　

（１：Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉＬｉｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ，Ｃｈｉｎａ　１３０１　１８；　

２：Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＳｏｉｉｆｏａｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｄａｌｉａｎ　Ｕｎｉｖｅｔｓｉｔｙ　ｆＴｅｏｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ，Ｃｈｉｎａ　１１６０００）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｓｔａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎａｌｙｓｉｓｅｓ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｉｔ’Ｓ　

ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｒａｎｓｐｌａｎｔ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔａｒｇｅｔ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ａｎ—　

ｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔａｒｇｅｔ　ｓｙｓｔｅｍ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｔａｎｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｇｏａｌ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ，ａ　

ｒｏｕｎｄ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎ，ｄｏ　ｉｔ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ａｎｄ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌｉｎｕｘ；ＡＲＭ；ｓｙｓｔｅｍ　ｔｒａｎｓｐｌａｎｔ；ｅｍｂｅｄｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ　’　

交叉开发环境的建立　

近些年，嵌人式系统开发已经成为信息产业的研究热点．基于ＡＲＭ硬件平台及Ｌｉｎｕｘ操作系统的嵌人　

式产品应用开发已成为主流．而在嵌入式的开发过程中，针对目标平台的操作系统移植成为影响嵌入式产品　

开发进度的一个关键因素．　

嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统的软件结构如图１所示　¨；嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统开发流程如图２所示．　

建　

立　

交　

移　

植　

移　

植　

建　

立　

根　

开　

发　

调　

、　

叉　＝＝：＞　引　－－－－－＾　内　

开　

发　

环　

境　

导　－－——－　

程　

序　

核　＿—－－　

程　

序　

文　——・－　

件　

系　

统　

试　

应　

用　

程　

序　

图１嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统的软件结构平台　

收稿日期：２０１１—１２—１０．　

图２嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统开发流程　

作者简介：张伟杰（１９７５一），女，吉林省长春市人，讲师，硕士．　

＋基金项目：吉林建筑工程学院青年科技发展基金项目（Ｊ２００９１０５７）　

７４　吉林建筑工程学　院学报　第２９卷　

由于一般嵌人式开发系统存储大小有限，所以在裁剪和定制Ｌｉｎｕｘ运用于嵌人式系统之前，通常都要在　

Ｐｃ上建立一个用于目标机的交叉编译环境，完成嵌人式系统的开发．如图３所示，建立一个交叉编译工具链　

是一个相当复杂的过程，网上有一些编译好的可以下载．　

构建交叉编泽环境　

Ｂｉｌｌ　ｕＩｉｌｓ　Ｔ具包　

包括链接器和　

汇编器等　

ＧＣＣ编译器　

Ｃ与Ｃ十＋的编译器　

和预处理器等　

Ｇｌｉｂｃ库　

提供系统调用和　

基本函数Ｃ库等　

图３交叉编译环境　

２　Ｌｉｎｕｘ系统移植的基本理论与方法　

２．１　Ｌｉｎｕｘ系统结构分析　

２．１．１　Ｌｉｎｕｘ系统的抽象结构　

Ｌｉｎｕｘ操作系统的内核结构从层次上来说，是整体式的结构．其主要组成结构如表１所示　．　

表１右边是从操作系统的层次结构进行分层，左边是从基　

本功能模块的角度来对Ｌｉｎｕｘ系统进行分层．　

２．１．２　Ｌｉｎｕｘ内核子系统与系统移植　

Ｌｉｎｕｘ内核功能有进程管理、内存管理、中断和异常处理、设　

表１　Ｌｉｎｕｘ操作系统结构　

备控制、文件系统和网络接口．从典型的ＡＲＭ平台的系统移植　

实例的分析来看，系统移植的工作主要集中在中断异常处理、文　

件系统、设备控制部分．主要是由于这几个部分和ＡＲＭ平台的　

系统之问关系密切，相对来说，设备控制是移植中工作量最大的部分　．　

２．２　Ｌｉｎｕｘ内核对系统移植提供的支持　

２．２．１　分层结构　

Ｌｉｎｕｘ内核的设计吸取了层次结构和对硬件抽象层的思想，对内核进行分层，以便将硬件相关部分和操　

作其它上层实现分离开来，从而增强了系统的可移植性，具体分为硬件直接相关层、硬件抽象层和操作系统　

内核层．其中硬件直接相关层主要包括由于处理器体系结构和指令集不同而需要进行相应实现的部分；硬件　

抽象层是为了屏蔽底层的硬件细节，并为上层提供一个逻辑上统一的硬件环境接口及各种硬件平台上操作　

系统的代码重用而引人的机制；硬件无直接相关的操作系统内核层主要包括进程、内存和设备管理，文件系　

统及其它和底层设备不直接相关的较高层实现　Ｊ．　

２．２．２面象对象思想　

Ｌｉｎｕｘ内核主要是用非面向对象的Ｃ语言编写而成，但是Ｌｉｎｕｘ内核中大量的借鉴和使用了面向对象的　

思想．虽然Ｃ语言本身没有提供面向对象的语法支持，但是在Ｌｉｎｕｘ中通过使用结构体和函数指针实现了面　

向对象机制的部分模拟．　

３　目标系统平台介绍　

本次移植目标系统采用的是Ｉｎｔｅｌ　Ｘｓｃａｌｅ系列处理器ＰＸＡ　２５５（ＡＲＭ核），该处理器具有体积小、耗电低、　

处理能力强、可靠性高等特点，非常适合工业现场控制产品的开发．主要部件：处理器：３２位ＲＩＳＣ结构４００　

ＭＨｚ　ＩＮＴＥＬ　ＰＸＡ　２５５；ＦＬＡＳＨ：Ｅ　２８　Ｊ　３　Ａ一１５０　Ｘ　２，３２　ＭＢ；ＳＤＲＡＭ：Ｋ４　Ｓ　５６１６３２　ＣＸ　２，６４　Ｍ；液晶显示器：６．４　

寸ＳＴＮ；串口：ＰＸＡ　２５５内置２个串口；网口：一个１０　ＢＡＳＥ—Ｔ以太网接口　．　

第３期　张伟杰，李明理：嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统移植技术研究　７５　

具有的软件平台：采用的内核版本是ｌｉｎｕｘ一２．４．１８，交叉工具链是ａｒｍ—ｌｉｎｕｘ—Ｘｓｃａｌｅ—ｇｃｃ一３．２　

４系统移植实现　

（１）建立自已开发板的目录ＰＸＡ　２５５，并将Ｕ—ｂｏｏｔ／ｂｏａｒｄ／ｘａｅｎｉａｘ／目录中的所有文件拷贝到ｕ—ｂｏｏｔ／　

ｂｏａｒｄ／ＰＸＡ２５５目录下，针对目标平台文件做相应的修改；　

（２）建立自已的配置文件：在ｉｎｃｌｕｄｅ／ｃｏｎｆｉｇｓ目录中添加头文件ＰＸＡ　２５５．ｈ，这个文件是ＰＸＡ　２５５开发　

板的配置文件，它包括开发板的ＣＰＵ、系统时钟、ＲＡＭ，ＧＰＩＯ及其它相关的配置信息；　

（３）建立自已的开发板的ＣＰＵ目录ｃｐｕ／ｅｐｕ　２５５，并将ｅｐｕ／ＰＸＡ中所有文件拷贝到该目录下，针对目标　

硬件特性和需求进行各文件的修改；　

（４）修改Ｕ—ｂｏｏｔ一１．１．０／Ｍａｋｅｆｉｌｅ，以便在其中加人对目标板的编译支持，并根据实际情况修改交叉编　

译器的路径：ＰＸＡ　２５５一ｅｏｎｆｉｇ：ｕｎｃｏｎｆｉｇ；＠．／ｍｋｃｏｎｆｉｇ￥（＠：一ｃｏｎｆｉｇ＋）ａｒｍ　ｃｐｕ　２５５　ＰＸＡ　２５５．其中“Ａｒｍ”代表　

ＣＰＵ的种类，ｅｐｕ２　５５是ＡＲＭ　ＣＰＵ对应的代码目录，ＰＸＡ　２５５是自已开发板对应的目录；　

（５）依次过运行命令：￥ｍａｋｅ　ｃｌｅａｎ，￥ｍａｋｅ　ＰＸＡ　２５５一ｃｏｎｆｉｇ，￥ｍａｋｅ，生成３个文件：Ｕ—ｂｏｏｔ：ＥＬＦ格　

式的文件，可以被大多数Ｄｅｂｕｇ程序识别；ｕ—ｂｏｏｔ．ｂｉｎ：二进制ｂｉｎ文件，纯粹的Ｕ—ＢＯＯＴ二进制执行代码，　

不保存ＥＬＦ格式和调试信息．这个文件一般用于烧写到用户开发中；ｕ　ｂｏｏｔ．ｓｒｅｃ：ｍｏｔｏｒｏｌａ　Ｓ—Ｒｅｃｏｒｄ格式，　

可以通过串行口下载至开发板中．　

通过ｍＧ口将Ｕ—ｂｏｏｔ．ｂｉｎ烧写至Ｆｌａｓｈ的零地址，复位后就可以启动系统了．　

５　结语　

本文针对嵌人式Ｌｉｎｕｘ系统移植在存在的普遍问题，并结合工业现场控制的需求，对嵌人式Ｌｉｎｕｘ移植　

就嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统开发流程和交叉开发环境的建立、Ｌｉｎｕｘ的内部组织结构及其对系统移植的影响、目标　

硬件平台和现有的软件基础以及系统移植实现进行了探讨，将为在此硬件、软件平台的开发工作奠定基础．　

参

［１］陈莉君，康华，张

考文献　

波．Ｌｉｎｕｘ内核设计与实现［Ｍ］．北京：中国机械工业出版杜，２００６：２２—２５．　

［２］陈颐．嵌人式技术原理与应用［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２０１１：２７２—２８０．　

［３】华清远见嵌入式培训中心．嵌入式Ｌｉｎｕｘ应用程序开发［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００９：９９—１１２　

［４］任桥伟．Ｌｉｎｕｘ内核修炼之道［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２０１０：３７—５０．　

［５］钱连举．基于ＡＲＭ的嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统移植技术研究与应用［Ｄ］．成都：电子科技大学．２００６．