淺談嵌入式 Linux 的移植)

1、移植的基本概念
      移植是指將軟體從一個平台遷移到另一個平台，包括以下幾個方面：
      -- 從一個硬體平台移植到另一個硬體平台；
      -- 從一個作業系統移植到另一個作業系統；
      -- 從一種軟體庫環境移植到另一個軟體庫環境。
2、Linux 硬體平台
      
在 Linux 核心裡，每一個處理器指令集對應一個獨立的體繫結構（architecture），比如 alpha、arm、i386、mips、
ppc。每個體繫結構可以有若干變種 variant，或不同配置的硬體 machine，統稱 sub-architecture。以 ARM 體繫結
構舉例：
      -- variants 包括 arm7tdmi、arm926ejs、strongarm、xscale；
      -- machine 包括 edb7312、smdk2410、omap-h2。
3、硬體平台對 C 程式的影響
      
處理器字長，定義為處理器一次能處理的資料位元數。字長等於處理器內部資料通路的寬度，一般可以通過通用寄存器的寬度來判斷。處理器字長會影響 int、
long 等 C 類型的長度。C 代碼當中需要使用確定大小的資料類型，可以使用顯式長度的類型，如：u8、s8、u16、s16、u32、s32、
u64、s64。
4、資料對齊
      資料對齊是指資料區塊的地址是某個特定大小的整數倍，如：
      -- 32 位處理器字對齊 n*4
      -- 頁對齊 n*PAGESIZE
      -- Cache line 對齊 n*CLINESIZE
      資料訪問要求至少是字對齊的，多數情況下編譯器會處理資料訪問的對齊。不對齊訪問的例子：
      -- char a[10]；
      -- unsigned long* pl = (unsigned long *)(a+1)；
      -- unsigned l = *pl；
5、位元組順序
      位元組順序 byte order 是指一個字中位元組排列的順序。不同硬體可能採用不同的 byte order，如：
      -- x86    little-endian
      -- ppc    big-endian
      Linux 
核心將硬體的 byte order 放在 <asm/byteorder.h> 裡面定義，__BIG_ENDIAN 或
 __LITTLE_ENDIAN。在 include/linux/byteorder/ 裡面有幾個標頭檔，定義了：
      -- u23 __cpu_to_be32(u32)；/* convert cpu's byte order to bigendian*/
      -- u32 __cpu_to_le32(u32)；/* convert cpu's byte order to littleendian*/
      -- u32 __be32_to_cpu(u32)；/* convert big-endian to cpu's byte order */
      -- u32 __le32_to_cpus(u32)；/* convert little-endian to cpu's byte order */
6、時間
      軟體中與時間相關的代碼也會影響移植。採用平台無關的時間表達方法可以提高代碼可移植性。Linux 核心裡面採用 HZ 來表示每秒鐘有多少個內部時鐘滴答，以下對時間的描述是平台無關的：
      -- HZ /* one second */
      -- (2*HZ) /* two seconds */
      -- (HZ/2) /* half a second */
      -- (HZ/100) /* 10 ms */
      -- (2*HZ/100) /* 20 ms */
7、記憶體頁面大小
      Linux 
使用虛擬記憶體機制來管理記憶體，記憶體的使用基於頁面。不同的體繫結構有不同的頁面大小。常用的32位處理器使用4kB頁面大小。部分體繫結構也可以支援多種
頁面大小。核心在 <asm/page.h> 裡面定義 PAGE_SIZE 和 PAGE_SHIFT：
      -- PAGE_SIZE 表示頁面大小；
      -- PAGE_SHIFT 表示頁面號在地址中的位移量；
      -- PAGE_SIZE = 2^ PAGE_SHIFT。
8、Linux 作業系統移植
    （1）工具鏈移植
      -- binutils (assembler, linker..)
      -- gcc (compiler, libgcc)
      -- glibc/uclibc
    （2）核心移植
      -- arch implementation
      -- drivers porting
    （3）應用程式移植
      -- C program recompile
      -- Implement absent library
9、Linux 核心的平台相關代碼
      Linux 核心對多平台有很好的支援。核心的對外部介面是統一的，並且與平台無關。核心的大多數代碼也是與平台無關的。主要的體繫結構相關代碼存在於：
      -- arch/architecture
      -- include/asm-architecture
      比如 ARM 體系的平台相關代碼主要是：
      -- arch/arm
      -- include/asm-arm
10、已有代碼向 Linux 核心移植
      將已有代碼向核心中移植有一些限制：
      （1）核心中沒有標準 C 庫支援；
      （2）核心中沒有象使用者程式那樣的記憶體保護；
      （3）核心中不便使用浮點操作；
      （4）核心的堆棧是固定大小的，並且比較有限；
      （5）在核心中需要編程者考慮並髮帶來的競爭與冒險，以及同步問題。
11、Linux 核心移植
      Linux 核心代碼可以分為平台相關部分和平台無關部分。Linux 核心絕大部分代碼是平台無關的，可以被各種平台所共用，如：
      -- 調度演算法
      -- 儲存空間管理
      -- I/O子系統
      -- 網路通訊協定棧
      依賴於特定硬體的代碼在 Linux 中採用條件編譯的方式區分：
      -- ARCH = x86 即開啟 x86 特有的代碼
      -- ARCH = arm 即開啟 arm 特有的代碼
12、Linux 核心的 arch 目錄
      進入 arch 目錄，每個體繫結構代碼都有一個子目錄：

進入 arm 目錄，在 arm 體繫結構下可以看到很多 sub-arch 的子目錄：

13、實現 sub-arch
      在 sub-arch 子目錄下，以 mach-s3c2410 為例。一個硬體平台支援需要實現以下幾個硬體相關的檔案：
      mach-s3c2410.c，irq.c，clock.c，dma.c，gpio.c，pm.c，sleep.c，time.c
      同時在 include/asm-arm/arch-s3c2410 要實現：
      -- Low-level IRQ helper macros
      -- Debug output macros
      -- Irq number definations
      -- DMA definations
      -- Memory mapping/translation
      -- Reset operation
      -- IDLE function
14、mach-smdk2410
      在 mach-smdk2410.c 中，我們要定義以下幾個內容：
      smdk2410_iodesc，描述了所有保留的裝置 IO 地址。這個描述符是我們移植一個特定目標板非常重要的地方。在這個描述檔案中還要定義：
      -- phys_ram
      -- phys_io
      -- io_pg_offst
      -- boot_params
      -- map_io
      -- init_irq
      -- timer
15、map_io
      map_io 裡面需要實現裝置 IO 的初始化。在這裡要用到 smdk2410_iodesc 描述符。該描述符是一個數組，其中每一項都描述了一個裝置的 IO 映射。另外，時鐘 PLL 的設定，UART 的設定都可以在 map_io 中調用。
16、init_irq
      在這個調用裡面，關於中斷的初始化將會被完成：
      -- 清除中斷 pending 寄存器
      -- 註冊主要的中斷處理常式
      -- 設定系統中的裝置中斷
17、timer
      timer 是一個 sys_timer 類型的結構，它包含以下成員：
      -- init，調用執行硬體相關的timer初始化；
      -- offset，調用返回自從上次 timer 中斷以來經過的微秒數；
      -- resume，調用執行系統喚醒後的timer恢複操作，一般實現上和init裡面的初始化一樣。
18、應用程式移植
      最理想情況下，程式可以不作更改，或僅僅打一些補丁，然後告訴編譯環境按照目標環境要求編譯即可。
      -- busybox
      -- bash
      -- sysv init
      依賴某些平台特性的應用程式移植起來往往難度更大。如：
      -- 圖形庫
      -- 為速度進行最佳化的代碼，比如轉碼器
      軟體程式設計語言的跨平台性直接影響軟體的可移植性。此外還有其他因素，如軟體協議/原始碼的開放程度。
19、應用程式移植常見問題
      依賴軟體造成移植性問題：
      -- C庫版本問題
      -- 圖形庫帶來的問題
      -- 軟體依賴某些服務帶來問題
      網路應用在 little-endian 平台上的處理，網路傳遞資料是 big-endian 的。
      軟體依賴特定平台的特性。
      平台的資料一致性模型差異。