1 引言
        嵌入式系统(Embedded System)是当今最热门的领域之一，它可以定义为：以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、适用于应用系统www.cechina.cn，对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。构建嵌入式系统需要从两个方面进行选型，一是硬件平台的选择，二是嵌入式操作系统的选择。
        硬件平台的选择包括处理器以及相关芯片的选型。嵌入式处理器种类繁多，有ARM、MIPS、 PPC等多种构架。这里选择三星公司的ARM9芯片S3C2440。ARM处理器的文档丰富，各类嵌入式软件大多支持ARM处理器，开发起来相对容易上手。在嵌入式操作系统方面，目前比较流行的几个嵌入式操作系统是Linux、Windows CE、VxWorks、Palm OS等，这里选择嵌入式Linux，其优点在于它是遵循GPL (General Public License)协议的开放源码操作系统，完全免费；其内核中支持的硬件种类繁多，几乎在网上可以找到所有的硬件驱动程序，有着大量的应用程序可用和庞大的开发人员群体。操作系统的选型极其重要，它会影响到工程后期的发布以及软件的维护。
        2 软硬件环境构建
        本设计采用主机与目标板结合的交叉开发模式， 如图1所示。

        主机自然指PC机，目标板指S3C2440开发板。开发板采用S3C2440A作为CPU；两片总共64M bytes 的 SDRAM 芯片作为内存；具有64MB NAND Flash和2MB NOR Flash两种Flash芯片；另外还有需要串口、并口等。
        嵌入式Linux开发可分为下面3个步骤：
        （1）在主机上编译Bootloader控制工程网版权所有，然后通过JTAG 烧入单板。此方法速度较慢，适用于烧写空白单板；
        （2）在主机上编译嵌入式L i nu x内核，通过Bootloader烧入单板或者直接启动；
        （3）在主机上编译各类应用程序，单板启动内核后通过NFS运行它们，经过验证后再烧入单板。本设计基于Ubuntu 8.10进行开发，需要注意的是www.cechina.cn，编译器版本与最后系统的搭建成功与否有着直接的关系，这里所用的是arm-linux-gcc3.4.5版本，用它编译U-Boot1.1.6，内核linux-2.6.29.3。
        3 嵌入式Linux的裁剪与移植
        3.1 Linux移植准备
        使某一个平台的代码运行在其他平台上的过程叫移植。在进行内核裁剪时，需要结合自己的硬件电路，对内核代码进行修改。本系统选用Linux的稳定版本Linux-2.6.29.3内核作为移植对象。下面简要介绍 Linux的内核结构。
        /a rch，体系结构相关的代码，对于每个架构的CPU，a rch目录下有一个对应的子目录，比如a rch/ arm/。
        /drivers，所有的设备驱动程序，里面每一个子目录对应一类驱动程序，比如drivers/char/为字符设备驱动程序，drivers/mtd/为NOR Flash、NAND Flash 等存储设备的驱动程序。
        /fs，Linux支持的文件系统的代码，每个子目录对应一种文件系统，比如fs/jffs2/、fs/ext2/、fs/ext3/。
        /init，内核的初始化代码(不是系统的引导代码)，其中的main.c文件中的start_kernel函数是内核引导后 运行的第一个函数。
        / include，内核头文件，有基本头文件(存放在include/linux/目录下)，各种驱动或功能部件的头文件等。
        /ipc，进程间通信的代码。
        /kernel，内核管理的核心代码，与处理器相关的代码位于arch/*/kernel/目录下。
        /lib，内核用到的一些库函数代码，比如string.c；与处理器相关的库函数代码位于arch/*/lib/目录下。
        /mmCONTROL ENGINEERING China版权所有，内存管理代码，与处理器相关的内存管理代码位于arch/*/mm/目录下。
        /net，网络支持代码，每个子目录对应于网络的一个方面。
        在移植Linux之前，先了解它的启动过程。Linux 的启动过程可以分为两部分：架构/单板相关的引导过程、后续的通用启动过程。ARM架构处理器上是Linux内核vmlinux的启动。之所以强调是vmlinux，是因为其他格式的内核在进行与vmlinux相同的流程之前会有一些独特的操作。比如对于压缩格式的内核 zImage，它首先进行自解压得到vmlinux，然后执行vmlinux开始“正常的”启动流程。
        3.2 Linux内核移植
        首先配置、编译内核，确保内核可以正确编译。先修改顶层Makefile，
        ARCH ?= $(SUBARCH)
        CROSS_COMPILE ?=
        改为
        RCH ?= arm
        CROSS_COMPILE ?= arm-linux-
        使用交叉编译器，然后执行下面的命令“make s3c2410_deconf ig”配置内核，最后，执行“make uImage”，可生成U-Boot格式的内核映像文件。这时生成的镜像文件还是不能在开发板上用的，因为内核还没有支持S3C2440，需要做一些修改来使其支持S3C2440开发板。
        在arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c 中，进行如下修改：
        static void __init smdk2440_map_io(void)
        {
        s3c24x x _ i n i t _ io (smd k 24 4 0 _ io d e s c ,
        ARRAY_SIZE(smdk2440_iodesc));
        s3c24xx_init_clocks(12000000);
        // 修改开发板晶振的频率，为12MHz
        s3c24xx_init_uar ts(smdk2440_uar tcfgs, ARRAY_SIZE(smdk2440_uartcfgs));
        }
        晶振的频率不匹配是上面编译出的uImage不能正常使用的原因，将其改成开发板晶振频率12MHz。
        内核中，对于每种支持的单板(“机器类型ID”)， 都会使用宏MACHINE_START、MACHINE_END 来定义一个machine_desc结构。它定义了单板相关的 一些属性及函数，比如机器类型ID、起始I /O物理地 址、Bootloader传入的参数的地址、中断初始化函数、 I/O映射函数等。
        Bootloader调用内核时控制工程网版权所有，会在r1寄存器中给出单板的标记——机器类型ID。__lookup_machine_typ函数将这个值与machine_desc结构中的nr成员（机器类 型）比较，如果两者相等则表示找到匹配的machine_ desc结构，返回它的地址(存在r5中)，否则返回0。
        对于本系统，Bootloader传入的机器类型ID为 MACH_TYPE_S3C2440在arch/arm/tools/machtypes 中，S3C2440的机器码修改成和Bootloader的一 样，因为Bootloader中设置的是782，所以这里也设置 成782。再次执行“make uImage”，生成的uImage就 可以使用了，这时还需要修改mtd分区、增加对yaffs文 件系统的支持。
        3.3 设置MTD分区
        MTD（Memory Technology Device内存技术设 备），是Linux中对ROM、NOR Flash、NAND Flash 等存储设备抽象出来的一个设备层，MTD相当于在硬件和上层之间提供了一个抽象的接口，可以把它理解 为Flash的设备驱动程序，它主要向上提供两个接口： MTD字符设备和MTD块设备。通过这两个接口，就可 以像读写普通文件一样对Flash设备进行读写操作，屏 蔽了底层硬件的操作、各类存储设备的差别。经过简 单的配置后，MTD在系统启动以后可以自动识别支持 CFI或JEDEC接口的Flash芯片，并自动采用适当的命 令参数对Flash进行读写或擦除。得益于MTD设备的 作用，划分NAND Flash的分区很简单。
        对于本文中S3C24 40开发板，需要根据a rch / arm/plat-s3c24xx/commom-smdk.c文件中的smdk_ default_nand_part结构来告诉内核本系统Flash存储 器中存放的文件类型和大小。
        将NAND Flash划分3个分区，前256KB用来存放 U-Boot，接下来的2MB用来存放内核，剩下的用来存 放YAFFS 文件系统。如下：
        static struct mtd_partition smdk_default_nand _part[] = {
        [0]={
        .name = "U-Boot",
        .size = SZ_256K,
        .offset = 0,
        },
        [1] ={
        .name = "kernel",
        .size = SZ_2M,
        .offset = MTDPART_OFS_APPEND,
        },
        [2] = {
        .name = "yaffs",
        .offset = MTDPART_OFS_APPEND,
        .size = MTDPART_SIZ_FULL,
        }
        };
        对以上的smdk_default_nand_par t结构体，用 表1可解释本系统的NAND Flash存储器（地址空间 0x0~0x4000000）分区如下：

          3.4 内核的裁剪
        上面移植的内核已经可以应用到ARM板上，但是 因为嵌入式系统的存储空间通常很有限，因此需要对 Linux内核进行适当的裁剪。裁剪的第一步，就是以前 提到的，修改顶层的Makef ile文件，把交叉编译器改 为arm-linux-gcc，然后再执行“make menuconfig”， 会看到内核的配置的菜单。通过这个配置界面，首 先选择最重要的CPU类型，S3C2440，如图2。可以 选择芯片类型、所需要支持的文件系统以及驱动程 序，去掉不需要的选项。所有配置工具都是通过读取 arch/$(ARCH)/Kconfig文件来生成配置界面，这个 文件是所有配置文件的总入口，它会包含其它目录的 Kconfig文件。

        Linux内核配置选项多达上千个，要了解每个配置选项的作用，一个个地进行选择很耗费时间。一般在某个默认配置文件的基础上进行修改，使用arch/ arm/configs/s3c2410_defconf ig文件来配置内核，它生成.conf ig配置文件，这样就可以直接使用“make menuconf ig”来选择芯片类型、设备驱动和文件系统 等前述的单板相关的软硬件设置，配置裁剪内核了。
        4 结论
        以上基于ARM-Linux和S3C2440的嵌入式内核设计，讨论了在嵌入式应用上如何对硬软件进行选型，并且给出结合Linux内核最新的稳定版本的移植过程。重点讨论了移植和裁剪中的关键函数和驱动程序。目前基于S3C2440的Bootloader、内核和文件系统已经成功启动操作系统，为以后的相关驱动程序及应 用程序的开发提供了有力的平台服务。随着IT业的不 断发展，嵌入式设备将是下一代的主流产品，而本身有着优势的Linux系统也将具有广阔的应用前景。