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Building Embedded Linux(1)
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Outline Introduction 開發系統 S3C2410X介紹 NAND & NOR FLASH 開發環境
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Introduction
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Introduction Building Embedded Linux System五步驟 必須先建立開發系統 確認目標板 建構開發環境
Building Embedded Linux for Target 燒寫至儲存裝置
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建立開發系統 開發Embedded Linux，首先要在個人電腦上建立標準版Linux，以標準Linux 做為開發Embedded Linux的本機端（Host)，而被開發的稱為目標板（Target)。 Linux Embedded Linux
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確認目標板 現今的嵌入式開發板眾多，較為廣泛使用包括Xscale、ARM、MIPS及PPC等不同微處理器組合而成的嵌入式開發板，因此在開發前必須先確認目標板。
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建構開發環境 在開發Embedded Linux的過程中，必須要編譯、組譯及連結等動作，所以本機端(Host)需要有Cross-Toolchain。
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Cross-Toolchain 跨平台工具鏈，包括Binutils、GCC及Glibc，是跨平台開發時所需要使用到的工具。
而這些工具卻是相輔相成的，又因為這些工具無法單獨執行跨平台開發，表面上看來這些工具就像是一串互相連結的鏈，所以才會通稱為跨平台工具鏈。
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Building Embedded Linux for Target
建立一個基於Linux Kernel所產生的Embedded Linux，並不限定要用哪些工具及套件。 但基本上會包含 Bootloader Linux Kernel UNIX utilities Native Library GUI Library (Option)
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燒寫至儲存裝置 將已經完成跨平台編譯的Bootloader、Linux Kernel及Root filesystem分別各自燒寫至目標板上的儲存裝置，通常是使用Flash。
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Building Embedded Linux System
必須先建立開發系統 確認目標板 建構開發環境 Building Embedded Linux for Target 燒寫至儲存裝置
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開發系統 開發系統通常不限定是何種Linux 發行套件，像是Mandrake、SuSE、Red Hat或Fedora。在此是用Fedora 1開發。若對開發過程所需用的套件不清楚，建議直接完全安裝。(安裝過程省略)
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Building Embedded Linux System
必須先建立開發系統 確認目標板 建構開發環境 Building Embedded Linux for Target 燒寫至儲存裝置
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確認目標板 選用的目標板是凱思嵌入式系統開發網所代理的SBC-2410開發板。 出處:
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確認目標板 SBC-2410開發板，會選用作目標板的原因，體積小(120mmx90mm) 、採用ARM920T Core、有64MB Nand Flash儲存空間。下頁有詳細列表。
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SBC-2410 Samsung S3C2410X ARM920T 32-bit CPU (200MHz)
64Mbytes NAND Flash 1Mbytes NOR Flash 64MB SDRAM(133MHz) RS-232C port x1 USB Host x1 USB Slave x1 RJ-45 10M Base-T Ethernet interface
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SBC-2410 Button x4 and Reset Button x1 Led x4 SD card connector
LCD port Keyboard Port Other RS-232C port 可額外接出 JTAG connector 20Pin Board size 120mmx90mm
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S3C2410X SAMSUNG所製造的一顆16/32 bit RISC Microprocessor，並採用ARM920T Core，價格低廉、低功率及高效能的特性。
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FEATURES Architecture
Enhanced ARM architecture MMU to support WinCE, EPOC 32 and Linux ARM920T CPU core supports the ARM debug architecture. Internal Advanced Microcontroller Bus Architecture (AMBA) (AMBA2.0, AHB/APB)
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FEATURES System Manager Little/Big Endian support
Address space: 128M bytes for each bank (total 1G bytes) Supports external wait signals to expend the bus cycle Supports self-refresh mode in SDRAM for powerdown
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FEATURES NAND Flash Boot Loader
Supports booting from NAND flash memory 4KB internal buffer for booting Supports storage memory for NAND flash memory after booting
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FEATURES Cache Memory 64-way set-associative cache with I-Cache (16KB) and D-Cache (16KB) 8words length per line with one valid bit and two dirty bits per line Write-through or write-back cache operation to update the main memory
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NAND-Flash & NOR-Flash
NOR-Flash和NAND-Flash是現在市場上兩種主要的快閃記憶體技術 Intel於1988年開發出NOR flash技術。 隔年，1989年東芝公司發表了NAND flash結構。
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NAND-Flash & NOR-Flash
NOR Flash在執行抹除時，必須把目標區塊內所有位元都設為０。而NAND-Flash抹除操作較為簡單。 抹除NOR Flash是以64~128KB區塊進行，執行一個寫入／抹除的操作時間大約為5S。而NAND Flash是以8~32KB區塊進行，同樣動作執行時間最多只需4ms。
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NAND-Flash & NOR-Flash差異
NAND Flash使用複雜的I/O存取資料，NOR Flash容易存取任何一個位元組。 NAND Flash比較便宜。 NAND Flash每區塊最大抹寫次數一百萬次，NOR Flash為十萬次。
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NAND-Flash & NOR-Flash
由上列幾點可得知NOR-Flash適合較少抹寫動作的資料存放，又常使用。所以通常NOR-Flash存放Bootloader。而NAND Flash放Root filesystem。
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Building Embedded Linux System
必須先建立開發系統 確認目標板 建構開發環境 Building Embedded Linux for Target 燒寫至儲存裝置
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建構開發環境 在建構Embedded Linux之前，必須先設定好開發環璄，即是設置Cross-toolchain，當設置完之後，就可以進行Cross Compile及根檔案目錄的建置。
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Cross Compile 跨平台編譯實際上跟正常編譯流程相同，只需把編譯時所需的工具更改即可。
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Cross-Toolchain 在這裡使用的套件有以下 : GNU Compiler Collection (gcc2.95.3)
GNU C Library (glibc2.1.3) GNU Binutils (binutils2.10.1) Linux Kernel 2.4
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Cross-Toolchain 對各種目標板進行應用程式的跨平台編譯
跨平台編譯所需二元公用程式的組合，包括Binutils、Glibc、GCC。
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GNU Compiler Collection(gcc)
GNU Compiler Collection是數個編譯器的集合, 裡頭包含C, C++, Java, Fortran, and Ada等。
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GNU Compiler Collection(gcc)
硬體包括x86, ia64, alpha, hppa, m68k, Power PC, mips, IBM rs6000, sparc/sparc64等。 作業系統包含Microsoft 平台 到UNIX和IBM的 OS/2
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GNU Compiler Collection(gcc)
其中很重要的是CPP，它是在編譯時期的前置處理器。 大部份會使用C/C++ compiler，在跨平台編譯的過程中，是用來編譯成組合語言。
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GNU Binary Utilities(binutils)
用來操作二元目的檔 (binary object file)。程式經由編譯器(如gcc)編譯後，還得經由組譯、連結等動作，才能產生出機械語言。 Binutils裡頭就包含了組譯、連結等工具。
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GNU Binary Utilities(binutils)
主要包括二支公用程式 assembler,linker其餘的有ar、ld 、gasp、ar、nm、objcopy、objdump、ranlib、readelf、size、strings、strip、c++filt及addr2line。
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GNU Binary Utilities(binutils)
as (assembler) 組譯器，當程式經過編譯器後，輸出的是組合語言，還需要經過組譯器把組合語言轉換成機械語言，通常輸出結果為目的檔(object file)。 ld (Linker) 連結器，把一隻程式所有的目的檔及其所需要的系統函式庫都連結起來，才會產生出一個完整可執行的程式檔。
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GNU Binary Utilities(binutils)
建立,操作靜態函式庫的內容，即是把原始碼編譯成目的檔時，把這些目的檔打包成一個靜態函式庫。 Addr2line 把內含除錯資訊的 程式中某個特定位址轉換成為原始碼的檔名以及其行號。
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GNU Binary Utilities(binutils)
c++filt 它可以由組合標記反向對應出其原來的函式名稱，以便連結 器參考使用，而此反向過程即稱之為 demangling。 nlmconv 此工具程式可以將目的檔轉換成 NLM (NetWare Loadable Module) 的格式。
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GNU Binary Utilities(binutils)
gprof 用來顯示程式的效率測試資訊 (profiling)。通常在我們要試圖提升程式的 執行效能時，我們必須要先知道程式的各部分到底花了多少時間來執行。 nm 此工具程式可以列出目的檔或函式庫中內含的物件名稱，包括所有的函式名稱與 全域變數的名稱 .... 等。
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GNU Binary Utilities(binutils)
objcopy 此工具程式可以拷備、轉換不同格式的目的檔。 objdump 此工具程式可以列出目的檔內含的資訊。
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GNU Binary Utilities(binutils)
ranlib 此工具程式可以產生包裹檔的內容索引，並加入該包裹檔中。此包裹檔即為 ar 程式所產生的包裹檔。通常產生靜態函式庫時需要用到它。 readelf 此工具程式可以顯示 ELF 格式的目的檔內含的資訊。
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GNU Binary Utilities(binutils)
size 此工具程式可以列出目的檔或包裹檔中各節區的大小。 strings 此工具程式可以列出檔案中任何可印出的字串。 strip 此工具程式可以將目的檔或可執行檔中不必要的標記與資訊抽離，讓該目的 檔或可執行檔的大小縮小。通常是除錯資訊及其他符號標記。
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GNU C Library (glibc) 凡是Unix族系的作業系統皆需要一個c函式庫, 在Embedded Linux中也不例外，通常也意指Native Library。 在此函式庫中定義了和System calls溝通的介面 , 和其它基本的功能像是open, malloc, printf, exit... 等等
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GNU C Library (glibc) 西元1995年前GNU/Linux系統並不支援共享函式庫，當時應用程式都以靜態連結的方式。1995－1996年libc5問世，系統開始支援ELF可分享函式庫。
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GNU C Library (glibc) Libc5問世後一兩年，GNU所開發的glibc做成C函式庫，此時glibc即為系統函式庫。比起libc5，glibc符合許多標準及規範。 ISO C POSIX Berkeley Unix SVID XPG
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Cross-Toolchain 取得方式: 網路取得 (handhelds.org) 廠商提供 (開發板供應商) 自己制作 (不詳細介紹)
已編譯完成 廠商提供 (開發板供應商) 自己制作 (不詳細介紹) 需下載binutils、glibc、gcc等套件，並考慮其版本相依性。
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Cross-Toolchain 網路取得 (handhelds.org) 註:解完後所放的位置是一定的，但必須依照原本 編譯時所存放的位置。
下載完後，使用下列步驟 : tar jxvf toolchain_name.tar.bz2 解完後放於/usr/local/arm/ export PATH=$PATH:/usr/local/arm/3.4.1/bin/ 設置完後即可使用toolchain。 註:解完後所放的位置是一定的，但必須依照原本 編譯時所存放的位置。 Toolchain網路位置:
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Cross-Toolchain 廠商提供 同樣解開壓縮檔後，放於其指定的位置，因為相同是已編譯完成的跨平台工具鏈，所以要放在其編譯時期相同的位置。 設置 export PATH=$PATH:/toolchain位置/bin/ 設置完後即完成環境設置。
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Cross-Toolchain 自己制作 必須至GNU網站下載GCC、Binutil及Glibc。 分別各自安裝，但互相會有相依性。
建立完成後，設置PATH Export PATH=$PATH:/toolchain路徑/bin PATH設置成功後，即可進行跨平台編譯。
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Building Cross-Toolchain
設置核心標頭檔 (kernel header) 建立公用程式 (binutils) C編譯器的規劃 (C compile) 程式庫的規劃 (Glibc) 規模完整編譯器 (C / C++ compile) *一共包含 ar as gcc lib 等。
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Building Cross-Toolchain
假設使用者為baw，建立編譯Cross-Toolchain所需要用到的目錄。 # mkdir -p /home/baw/Embedded_Linux_arm/Embedded_Project/tools/arm-linux 這樣將會循序地把沒有存在的目錄建立起來。 # ls /home/baw/Embedded_Linux_arm/Embedded_Project/tools/arm-linux 這樣即可知道是否已經建立起來，若沒有，會告知其目錄不存在。
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Building Cross-Toolchain
設置編譯Cross-Toolchain的環境變數，將其寫於一個命令稿devel_cross PROJECT：表示此Project名稱 PRJROOT：表示編譯跨平台工具的根目錄 TARGET：表示目標板 PREFIX：表示安裝目錄 TARGET_PREFIX：表示因目標板改變的目錄 PATH：表示其環境變數
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Building Cross-Toolchain
然後執行# . devel_cross，表示設環境變數 測試是否設定成功，如成功即會至指定目錄
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Building Cross-Toolchain
設置Cross-toolchain各種套件原始碼放置位置於 $PRJROOT/build-source/ # mkdir $PRJROOT/build-source 下載各需要用到的套件至此目錄。 ftp://ftp.gnu.org/gnu/ 可下載 下載binutils、gcc、glibc和glibc-linuxthreads
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Building Cross-Toolchain
接下來建立各套件所擺放位置，一共要建立Binutils、glibc、boot-gcc(中介編譯)及gcc #mkdir $PRJROOT/build-source/Binutils #mkdir $PRJROOT/build-source/Boot-Gcc #mkdir $PRJROOT/build-source/Glibc #mkdir $PRJROOT/build-source/Gcc
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設置核心標頭檔 設置核心標頭檔，通常在Glibc編譯期間會用到核心標頭檔，但在此先設置。 下載核心原始碼。
至 在此下載Linux Kernel 建立於工作目錄的kernel目錄。 # mkdir $PRJROOT/kernel 把剛才下載的Kernel壓縮檔解壓縮，並放於目錄。 # tar zxvf linux tar.gz –C $PRJROOT/kernel/
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設置核心標頭檔 更改kernel名稱 至kernel目錄 進行kernel組態 # cd $PRJROOT/kernel/
# mv linux linux 至kernel目錄 # cd $PRJROOT/kernel/linux 進行kernel組態 # make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux- menuconfig 進入組態畫面，需要選擇處理器及系統類型。 # make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux- dep
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設置核心標頭檔 組態畫面
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設置核心標頭檔 建立核心標頭檔目錄 開始複製核心標頭檔 # mkdir $TARGET_PREFIX/include
# cp –r include/linux/ $TARGET_PREFIX/include # cp –r include/asm-i386/ $TARGET_PREFIX/include/asm # cp –r include/asm-generic/ $TARGET_PREFIX/include
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Building binutils 解開原始碼，並解於工作目錄。 進入預設binutils工作目錄，並組態並安裝。
# cd $PRJROOT/build-source # tar zxvf binutils tar.gz 進入預設binutils工作目錄，並組態並安裝。 # cd Binutils # ../binutils /configure --target=$TARGET --prefix=$PREFIX # make # make install
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Building binutils 組態畫面
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Building binutils 當安裝成功後，在安裝目錄夾裡會有下列檔案。 安裝目錄夾為 $PREFIX/bin 一共有以下檔案：
arm-linux-addr2line arm-linux-ar arm-linux-as arm-linux-c++filt arm-linux-gasp arm-linux-ld arm-linux-nm arm-linux-objcopy arm-linux-objdump arm-linux-ramlib arm-linux-readelf arm-linux-size arm-linux-strings arm-linux-strip
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Building C compiler 首先一樣解壓縮gcc套件。 進入gcc預設工作目錄，並組態。
# cd $PRJROOT/build-tools # tar zxvf gcc tar.gz 進入gcc預設工作目錄，並組態。 # cd Boot-Gcc/ # ../gcc /configure --target=$TARGET --prefix=$PREFIX --without-headers --with-newlib --enable-languages=c --without-headers 不使用標頭檔 --with-newlib 不使用glibc --enable-languages-c 只編譯C編譯器
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Building C compiler Configure之後會產生其適當的Makefile，所以再來建立編譯器
# make all-gcc 編譯完成後，再接著安裝gcc # make install-gcc 可在$PREFIX/bin 裡頭查看是否有C Compiler。
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Building Glibc 解開Glibc套件： 並再解開linuxthread套件： 移至glibc預訂工作目錄。
# cd $PRJROOT/build-source # tar zxvf glibc tar.gz 並再解開linuxthread套件： # tar zxvf glibc-linuxthreads tar.gz -C glibc-2.2.3/ 移至glibc預訂工作目錄。 # cd Glibc/
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Building Glibc 開始建立C函式庫。 編譯glibc 安裝glibc
# CC=arm-linux-gcc ../glibc-2.2.3/configure --host=$TARGET --prefix=“/usr --enable-add-ons --with-headers=$TARGET_PREFIX/include 編譯glibc # make 安裝glibc # make install_root=$TARGET_PREFIX prefix=“” install
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Building C/C++ Compiler
進入預設完整編譯器工作目錄，並組態。 # cd $PRJROOT/build-source/Gcc # ../gcc /configure --target=$TARGET --prefix=$PREFIX --enable-languages=c，c++ 組態完後編譯 # make all 編譯完後安裝 #make install
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Building C/C++ Compiler
最後完全編譯成功後，目錄會有下列檔案
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Cross-Toolchain $PRJROOT/tools 目錄的內容 bin cross-compile 工具
arm-linux 目標板的檔案 Include cross-compile 工具標頭檔 Info Gcc的info文件 Lib 讓cross-compile 工具使用 的函式庫 Man cross-compile線上文件 Share 無
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Cross-Toolchain $PRJROOT/tools/arm-linux 目錄的內容 bin 和glibc有關的目標板二元檔
etc 只包括rpc include 目標板用以建應用程式的標 頭檔 info glibc 的 info lib 目標板使用的函式庫 libexec pt_chown檔 sbin 目標板的/sbin
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Cross-Toolchain 每種不同版本套件組合成的Cross-Toolchain ，都會遇到不同的問題，最好利用Google搜尋解決法。 最好的方法還是利用已編譯好的Cross-Toolchain，但必須注意的是解壓縮後放置的位置，跟原始編譯的位置相不相同。
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