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【Linux】嵌入式Linux系统的移植（上篇：交叉编译器连接方式）

时间：2018-10-12 05:56:38

嵌入式Linux系统移植

嵌入式Linux系统移植是进行Linux驱动开发的基础，如果连Linux系统移植都完成不了，那就更不用说驱动开发了。因此，Linux系统移植至关重要。

嵌入式Linux系统的移植要点

搭建交叉开发环境bootloader的选择与移植kernel的设置、编译、移植和调试根文件系统的制作

嵌入式Linux系统的移植基本步骤

安装交叉编译器确定目标机、主机的连接方式搭建主机-目标机数据传输通道编译三大子系统（bootloader子系统、内核核心子系统、文件系统子系统）烧写测试

一般而言，目标机、主机的连接方式有：

UART异步串行通信接口（速率低、实用性强）USB串行通信接口（速率快、驱动要移植修改）TCP/IP网络通信接口（速率快、驱动要移植）Debug Jtag调试接口（方便快捷、价格昂贵）

相比较来说，UART、USB、TCP/IP连接方式的选择较多。

一般而言，交叉编译器可以选择芯片公司提供的已经编译好的工具链，通常前缀名有：

arm-none-linux-gnueabi- （简称为：arm-linux-）arm-none-eabi- （不针对linux操作系统）arm-elf- （不针对linux操作系统）

当然，也可以选择自己构建新的交叉编译器。

注意注意：在【嵌入式Linux的移植】博文中，并不涉及制作交叉编译器、编译U-Boot、编译内核、编译根文件系统的内容，而是将已经制作/编译完成的成品进行试验并测试。至于它们的制作过程，会在后面的博文中讲解。

交叉编译器

为什么要有交叉编译？

一般情况下，需要在开发主机上（通常是PC机）开发出能够在目标机（通常是开发板）上运行的程序。

为什么需要交叉开发环境？主要原因有以下两点：

目标机的硬件资源有很多限制，比如cpu主频相对较低，内存容量较小等，想想让几百MHZ主频的目标机去编译一个Linux kernel会让我们等的不耐烦，相对来说，主机的速度更快，硬件资源更加丰富，因此利用主机进行开发会提高开发效率；

目标机的MCU体系结构和指令集与主机不同，因此需要安装交叉编译工具进行编译，这样编译的目标程序才能够在目标机上运行。

安装交叉编译器

本文使用的是友善之臂提供的arm-linux-gcc-4.5.1-v6-vfp-0301版交叉编译工具：

sudo tar -zxvf arm-linux-gcc-4.5.1-v6-vfp-0301.tgz -C /

这样arm-linux-的相关文件就解压到了根目录下的opt目录中。

解压完成了，如何来使用呢？

使用简单方法：

arm-linux-gcc hello.c -o build

使用绝对路径方法：

/opt/FriendlyARM/toolschain/4.5.1/bin/arm-linux-gcc hello.c -o build

使用简单方法需要在环境变量的PATH中添加路径，这样的话，有一个弊端，最好保证整个系统只有一个交叉编译器，不然会存在PATH的优先级等问题。

怎么在环境变量的PATH中添加路径？

sudo vi /etc/environment

在该文件中添加路径/opt/FriendlyARM/toolschain/4.5.1/bin，各个路径之间以：分隔。添加完成后，需要更新一下，使环境变量生效：

source /etc/environment

可以通过以下命令查看是否添加成功：

echo $PATH

需要注意的是：

如果在64位Linux安装arm-linux-gcc-4.5.1交叉编译器，要先安装32位的库（arm-linux-gcc-4.5.1-v6-vfp-0301是在32位的Linux下编译的）。

安装32位的库：

sudo apt-get install libc6:i386sudo apt-get install lib32z1

本部分内容，可以参考博文安装arm-linux-gcc交叉编译器。

工具集介绍

readelf

顾名思义，就是读取ELF头信息的工具。ELF（Executable and Linkable Format）是一种对象文件的格式，用于定义不同类型的对象文件（Object files）中都放了什么东西、以及都以什么样的格式去放这些东西。

ELF文件由4部分组成，分别是ELF头（ELF header）、程序头表（Program header table）、节（Section）和节头表（Section header table）。实际上，一个文件中不一定包含全部内容，而且他们的位置也未必如同所示这样安排，只有ELF头的位置是固定的，其余各部分的位置、大小等信息由ELF头中的各项值来决定。例如：

gcc hello.c -o helloreadelf -h hello

不添加arm-linux-前缀，就表示在x86上进行编译和查取ELF头信息。结果为：

ELF 头:Magic: 7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 Class: ELF64Data:2's complement, little endianVersion: 1 (current)OS/ABI: UNIX - System VABI Version: 0Type:EXEC (Executable file)Machine: Advanced Micro Devices X86-64Version: 0x1入口点地址:0x400750程序头地址:64 (bytes into file)Start of section headers:65016 (bytes into file)标志: 0x0本头的大小:64 (bytes)程序头大小:56 (bytes)Number of program headers: 9节头大小: 64 (bytes)节头数量:37字符串表索引节头: 34

需要注意的是，运行一个程序首先进入入口点地址，然后再各种调用，最终进入main地址，运行main函数的内容。

可通过file命令查看文件属性：

file hello

在运行结果中，最开始是ELF头，第二个是编译后可运行的平台。实际上，运行平台在ELF中的Machine字段中也标明出来了。如果通过arm-linux-gcc进行编译，那么ELF头和file命令中的结果，都会显示为ARM。

本部分内容，可以参考博文ELF格式文件详细分析。

其他工具集

size：查看编译后的文件各个段（text段、data段、bss段、dec段等）的大小信息nm：查看符号信息（说白了就是一些函数和全局变量等，比如main地址，_start入口点地址等）strip：删除符号表信息（减小文件的大小）objcopy：将目标文件的一部分或者全部内容拷贝到另外一个目标文件中（用于将ELF头去掉，因为ARM裸机是不识别ELF头信息的）objdump：反汇编（添加-d选项）

目标机、主机的连接方式

一般而言，目标机和主机之间采用TCP/IP网络通信的方式居多，常用的服务主要两个：TFTP服务、NFS服务。

TFTP服务

TFTP服务主要用于实现文件的下载，比如开发调试的过程中，主要用tftp把要测试的bootloader、kernel和文件系统直接下载到内存中运行，而不需要预先烧录到Flash芯片中。

一方面，在测试的过程中，往往需要频繁的下载，如果每次把这些要测试的文件都烧录到Flash中然后再运行也可以，但是缺点是：过程比较麻烦，而且Flash的擦写次数是由限的；另外一方面：测试的目的就是把这些目标文件加载到内存中直接运行就可以了，而tftp就刚好能够实现这样的功能，因此，更没有必要把这些文件都烧录到Flash中去。

nfs服务：

NFS服务主要用于实现网络文件的挂载，实际上是实现网络文件的共享。

在开发的过程中，通常在系统移植的最后一步会制作文件系统，那么这是可以把制作好的文件系统放置在我们开发主机PC的相应位置，开发板通过nfs服务进行挂载，从而测试我们制作的文件系统是否正确，在整个过程中并不需要把文件系统烧录到Flash中去，而且挂载是自动进行挂载的，bootload启动后，kernel运行起来后会根据我们设置的启动参数进行自动挂载，因此，对于开发测试来讲，这种方式非常的方便，能够提高开发效率。

一般而言，U-Boot采用USB线或者SD卡烧写到Flash中，而内核、根文件系统都采用TFTP的方式传输到目标板，然后通过U-Boot的命令进行启动。