一、Linux 设备驱动介绍及开发环境搭建(续)

1.2.6 uboot 编译安装

• 嵌入式 bootloader 的功能：
  • 功能类似于 PC 的 BIOS、硬件检测是否正常
  • 加载操作系统镜像到 RAM
  • 设置不同的启动方式
• 常见的启动方式：
  • NOR/NAND Flash 启动
  • 从 SD 卡启动
  • Bootloader 从网络加载 Linux 内核启动
• uboot 编译
  • 下载地址：ftp://ftp.denx.de/pub/u-boot/
    • 获取得版本为 u-boot-2017.01.tar.bz2，发布时间为 2017-1-15
  • 主 Makefile 中修改 CROSS_COMPILE，config.mk 中修改 ARCH
  • 配置 make vexpress_ca9x4_defconfig
  • 编译 make -j8
  • 测试 uboot 可用：qemu-system-arm -M vexpress-a9 -kernel u-boot -nographic -m 512M
启动成功后，需要对 uboot 配置网络功能，即 QEMU 网络功能设置
• 采用桥接(bridge)的网络连接与 Host 通信
• 需要主机内核 tun/tap 模块支持
• 配置：
  • 主机安装工具包
    • sudo apt-get install uml-utilities
    • sudo apt-get install bridge-utils
  • 创建 tun 设备文件：/dev/net/tun，工具安装成功后，会生成此设备节点
  • 
  • 开启 tun 网络功能，使其声线：
    • 修改 /etc/network/interfaces 文件，重启生效
    • 
  • 配置 /etc/qemu-ifup、/etc/qemu-ifdown 脚本，这些可能自动生成了，那就不需要配置
  • 
  • 重启，使 br0 生效：
  • 

  •  虚拟网口 br0 是 QEMU 虚拟机与Linux主机通讯的网口

• 内核配置编译：
  • 使用 u-boot 引导内核镜像
    • 需要将内核编译为 uImage 格式
    • 需要指定 uImage 的加载地址
    • 编译时指定：make LOADADDR=0x60003000 uImage -j8
• 主机 TFTP 工具安装
  • 工具安装：sudo apt-get install tftp-hpa tftpd-hpa xinetd
    
  • 修改配置文件：/etc/default/tftpd-hpa
    • TFTP_DIRECTORY 是我们的工作目录，开发板从此目录下载镜像和配置文件，我们的镜像和配置文件也存放此目录中
      
    • 
  • 创建 tftpboot 目录，mkdir tftpboot, chmod 777 tftpboot
  • 配置 /etc/xinetd.conf，如果没有此文件，则创建此文件：
    • 
      
      
• 配置 /etc/xinetd.d/tftp 文件，如果没有此文件，则创建此文件
  • 
    
    
• 重启 tftp：
  • sudo /etc/init.d/tftpd-hpa restart
  • sudo /etc/init.d/xinetd reload
  • sudo /etc/init.d/xinetd restart
• • 测试 tftp
    • cd ..
    • tftp localhost
    • tftp> get test.c
    • 获取文件成功，则OK
• 启动测试：
  • qemu-system-arm -M vexpress-a9 -kernel u-boot -nographic -m 512M -net nic,vlan=0 -net tap,vlan=0,ifname=tap0 -sd rootfs.ext3
  • 注意：若是高版本得QEMU，则去掉 vlan 参数
  • 脚本在最后

1.3 挂载 NFS 文件系统

1.3.1 介绍

• 主机 HOST 支持 NFS 服务
  • 安装：sudo apt-get install nfs-kernel-server
  • 配置NFS
    • 在 /etc/exports 文件中添加：
    • /home/rootfs *(rw,sync,no_root_squash,no_subtree_check)
      • /home/rootfs：是根文件系统的主目录
      • rw：可读可写
      • sync：磁盘和内存进行同步
      • no_root_squash：不执行开发板 root 用户映射为主机的匿名用户，保证权限重组
      • no_subtree_check：不检查根文件系统的子目录
  • 开启 NFS 服务
    • /etc/init.d/rpcbind restart
    • /etc/init.d/nfs-kernel-server restart
• 修改 bootargs 启动参数
  • 设置为 NFS 为根文件系统
  • 设置主机 NFS 文件系统的地址
  • 
  • nfsroot 是主机的 IP 地址
  • ip 是开发板的 IP 地址
  • 注意：若是 QEMU 得版本较高，则参数配置如下：
  • 

  • 即相比于低版本 QEMU，在nfsroot 后添加了 proto=tcp,nfsvers=3,nolock 三个参数 

• 内核支持挂载 NFS 文件系统
  • make menuconfig 配置
  • 
  • 修改完后：make uImage -j8
  • 由于暂时 uboot 没办法启动内核，则单独启动内核
  • 
  • VFS 已经 mount 成功
  • 在根文件系统(/home/coco/work/rootfs)下创建一个文件：test.c，然后在 linux 控制台查看是否存在此文件
  • 
  • 

1.3.2 完善跟文件系统

• 启动流程：
  • Linux 内核启动之后，挂载 NFS或其他根文件系统
  • 然后开启 init 进程(前面设置的 bootargs 中，init=/linuxrc)，这个init 进程会执行 inittab 脚本
• 增加内核的各种用户接口，用户接口存在 /proc 和 /sys 下
  • /etc 内核配置和启动文件，需要在下面添加以下文件
    • inittab：脚本文件，运行命令

::sysinit:/etc/init.d/rcS            ///< 启动 rcS 脚本
#::respawn:-/bin/sh
#tty2::askfirst:-/bin/sh
#::ctrlaltdel:/bin/umount -a -r

console::askfirst:-/bin/sh            ///< 启动控制台，控制台与 shell 绑定一起，"-" 表示启动 shell 之前，要启动 profile
::ctrlaltdel:/sbin/reboot
::shutdown:/bin/umount -a -r

• • • fstab：文件init.d：目录

挂载的文件系统    挂载的目录        
proc            /proc           proc            defaults            0       0
tmpfs           /tmp            tmpfs           defaults            0       0
sysfs           /sys            sysfs           defaults            0       0
tmpfs           /dev            tmpfs           defaults            0       0
var             /dev            tmpfs           defaults            0       0
ramfs           /dev            ramfs           defaults            0       0

注意：挂载的目录必须在根文件系统下存在，不存在则创建，这个文件的作用就是将文件系统挂载到目录的节点上

• • • rcS：文件

#!bin/sh
# 设置环境变量
PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin
LD_LIBRARY_PATH=/lib
export PATH LD_LIBRARY_PATH

# 挂载各种文件系统，挂载的文件系统与 fstab 有关
mount -a
mkdir -p /dev/pts
mount -t devpts devpts /dev/pts
mdev -s
mkdir -p /var/lock

echo "--------------------------------------------------------------------------------"

echo "Welcome to my cortex-a9 board"

echo "--------------------------------------------------------------------------------"

• • • profile：文件

PS1='cortex_a9@arm:w # '        ///< 显示控制台的格式，就相当于终端中的 coco@ubuntu:~/work/rootfs/etc$
export PS1

注意：此文件也可以做其他操作

• 重启 reboot 功能，已经在 inittab 中操作
• 最终结果

 1.4 在开发板上运行应用和内核驱动程序

1.4.1 运行应用程序

　　main.c

　　

 　　执行交叉编译：arm-linux-gnueabi-gcc main.c

　　将生成 a.out 拷贝进开发板中（NFS 文件系统），并执行：

　　

 1.4.2 运行内核驱动程序

　　

 　　Makefile:

.PHONY:all clean
ifneq ($(KERNELRELEASE),)

obj-m := hello.o

else

EXTRA_CFLAGS += -DDEBUG 
KDIR := /home/coco/work/kernel/linux-4.4.194
all:
            make  CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- ARCH=arm -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
clean:
            rm -fr *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers *.order .*.ko .tmp_versions

endif

　　拷贝 hello.ko 进NFS文件系统：cp /home/coco/work/code/test_driver/hello.ko ./work

　　加载模块：insmod hello.ko

　　

 　　查看模块：lsmod

　　

 　　卸载模块：rmmod hello.ko

　　查看模块：lsmod

　　

 1.5 启动脚本

　　boot.sh

#!/bin/bash

BOARD=vexpress-a9

KERNEL_DIR=/home/ubuntu/work/arm/kernel/linux-4.4.194
KERNEL_BIN_DIR=${KERNEL_DIR}/arch/arm/boot
DTB_DIR=${KERNEL_BIN_DIR}/dts
DTB_BIN=vexpress-v2p-ca9.dtb
UIMAGE=uImage
ZIMAGE=zImage

UBOOT_DIR=/home/ubuntu/work/arm/uboot/u-boot-2017.01
UBOOT_BIN_DIR=${UBOOT_DIR}
UBOOT_BIN=u-boot

ROOTFS_DIR=/home/ubuntu/work/arm
ROOTFS_BIN=rootfs.ext3

TFTPBOOT_DIR=/home/ubuntu/work/arm/tftpboot

help()
{
  echo "-t start qemu"
  echo "    s;    start with graphic......"
  echo "    s-no; start with no graphic......"
  echo "-h print help"
}

tftp_init()
{
  echo "init...."
  if [ "${TFTPBOOT_DIR}/${UIMAGE}" -ot "${KERNEL_BIN_DIR}/${UIMAGE}" -o  ! -f "${TFTPBOOT_DIR}/${UIMAGE}" ]; then
    echo "cp ${KERNEL_BIN_DIR}/${UIMAGE} ${TFTPBOOT_DIR}"
    cp ${KERNEL_BIN_DIR}/${UIMAGE} ${TFTPBOOT_DIR}
  fi

  if [ "${TFTPBOOT_DIR}/${DTB_BIN}" -ot "${DTB_DIR}/${DTB_BIN}" -o ! -f "${DTB_DIR}/${DTB_BIN}" ]; then
    echo "cp ${DTB_DIR}/${DTB_BIN} ${TFTPBOOT_DIR}"
    cp ${DTB_DIR}/${DTB_BIN} ${TFTPBOOT_DIR}
  fi

  if [ "${TFTPBOOT_DIR}/${UBOOT_BIN}" -ot "${UBOOT_BIN_DIR}/${UBOOT_BIN}" -o ! -f "${UBOOT_BIN_DIR}/${UBOOT_BIN}" ]; then
    echo "cp ${UBOOT_BIN_DIR}/${UBOOT_BIN} ${TFTPBOOT_DIR}"
    cp ${UBOOT_BIN_DIR}/${UBOOT_BIN} ${TFTPBOOT_DIR}
  fi

  if [ "${TFTPBOOT_DIR}/${ROOTFS_BIN}" -ot "${ROOTFS_DIR}/${ROOTFS_BIN}" -o ! -f "${ROOTFS_DIR}/${ROOTFS_BIN}" ]; then
    echo "cp ${ROOTFS_DIR}/${ROOTFS_BIN} ${TFTPBOOT_DIR}"
    cp ${ROOTFS_DIR}/${ROOTFS_BIN} ${TFTPBOOT_DIR}
  fi
}

tftp_start_no_graphic()
{
  qemu-system-arm -M vexpress-a9 -kernel u-boot -nographic -m 512M -net nic, -net tap,ifname=tap0 -sd rootfs.ext3
}

nfs_start_no_graphic()
{
  qemu-system-arm -M vexpress-a9 -kernel u-boot -nographic -m 512M -net nic -net tap,ifname=tap0
}

kernel_start_no_graphic()
{
  qemu-system-arm 
    -M ${BOARD} 
    -kernel ${KERNEL_BIN_DIR}/${ZIMAGE} 
    -nographic 
    -m 512M 
    -dtb ${DTB_DIR}/${DTB_BIN} 
    -append "root=/dev/mmcblk0 rw console=ttyAMA0" 
    -sd ${ROOTFS_DIR}/${ROOTFS_BIN}
}

kernel_start_with_graphic()
{
  qemu-system-arm 
    -M ${BOARD} 
    -kernel ${KERNEL_BIN_DIR}/${ZIMAGE} 
    -m 512M
}

uboot_start_no_graphic()
{
  qemu-system-arm 
    -M ${BOARD} 
    -kernel ${UBOOT_BIN_DIR}/${UBOOT_BIN} 
    -nographic 
    -m 512M
}

uboot_start_with_graphic()
{
  qemu-system-arm 
    -M ${BOARD} 
    -kernel ${UBOOT_BIN_DIR}/${UBOOT_BIN} 
    -m 512M
}

while getopts "t:h" opt
do
  case $opt in
    t)
      OPTARG_TYPE=$OPTARG
      ;;
    h)
      help
      exit 1
      ;;
  esac
done

case "$OPTARG_TYPE" in
  n-no)
    tftp_init
    echo "nfs start with no graphic......"
    nfs_start_no_graphic $@
    ;;
  s)
    echo "tftp start with graphic......"
    tftp_init
    start_graphic $@
    ;;
  s-no)
    tftp_init
    echo "tftp start with no graphic......"
    tftp_start_no_graphic $@
    ;;
  k)
    kernel_start_with_graphic $@
    ;;
  k-no)
    kernel_start_no_graphic $@
    ;;
  u)
    uboot_start_with_graphic $@
    ;;
  u-no)
    uboot_start_no_graphic $@
    ;;
  *)
    echo "Unknow option $OPTARG_TYPE..."
    exit 1
    ;;
esac