Linux驱动开发（1）——系统移植

imx6ull开发板cortex-A7系列上有多种外部存储模块：

SD 卡：外置可插拔存储，存放代码，多用于裸机程序烧录与调试
eMMC（8G）：板载固化式存储芯片，内部集成 NAND 闪存与控制单元，容量大、稳定性强，用于存放Linux系统与用户数据；
DDR 内存（512M）：高速运行内存，负责系统与程序运行时的数据临时缓存，断电数据自动丢失，是嵌入式系统运行的核心临时存储介质。

在裸机开发阶段，我们通过 SD 卡启动实现硬件的基础控制，但这种方式无法高效管理 eMMC、DDR 等板载存储，也不支持复杂的系统调度。为了充分利用硬件资源、实现多任务运行与标准化外设控制，需要学习 Linux 驱动开发，通过驱动程序完成硬件抽象与系统对接，让嵌入式系统真正走向实用化与工程化。

一、系统移植概念

inux系统想要移植到开发板上，我们需要移植三部分：U-Boot（bootloader）、zImage（内核镜像）、rootfs（文件系统），我们需要将其烧写到开发板的存储器中，这个过程称为系统移植。

uboot：一段加载引导系统启动的裸机代码。其核心功能是为操作系统内核的启动提供硬件初始化、镜像加载及参数传递等支持。
zImage（80800000）：内核镜像文件。内核可以理解为一个软件，具备管理处理器、内存管理、硬件设备管理、进程调度、网络通信等功能。
.dtb（83000000）：设备树文件。描述硬件设备信息，从内核中独立分出的设备文件。
rootfs：文件系统。用户层与内核层交互、对文件系统管理和操作。

1. Linux系统烧写

uboot烧写到SD卡 + zImage通过tftp下载 + rootfs通过nfs挂载

1.1 操作方式

将uboot烧录到SD卡上，并设置为SD卡启动，开发板上电即可启动uboot，然后将zImage放入到tftp管理目录，通过tftp下载zImage和设备树文件到DDR中，并加载内核，最后将文件系统设置在nfs服务器上，内核挂载nfs服务器的文件系统，启动Linux系统。

这样做的目的在于每次下载的zImage和dts设备树文件都是最新裁剪出来的，减少了烧录固化的时间，并且文件系统也是最新版本的，适合用于开发时使用。

1.2 双网卡设置

Ubuntu需要一个网卡与开发板连接，用来实现基于网络的tftp（文件传输）及nfs（目录共享）服务功能，我们需要设置双网卡来实现既能上网又能与开发板通信的效果。

NAT模式：window有IP地址，ubuntu作为windows上的一个软件是虚拟地址。
桥接模式：windows和ubuntu各有一个独立的IP地址。
有线网卡工作在桥接模式，因为它需要作为开发板的服务器，提供 TFTP 和 NFS 服务。
无线网卡工作中NAT模式，与路由器连接用于上网。

2. 内核编译及裁剪

内核编译及裁剪通过make menuconfig图形化配置界面实现，本质是通过宏定义控制驱动的编译方式，通过配置宏开关，可保留必要功能、剔除无用组件，实现内核精简与定制化。

<*> 表示静态加载（obj-y），驱动编译进内核镜像 zImage，开机自动加载；
<M> 表示动态加载（obj-m），驱动编译为 .ko 模块文件，需手动加载；
不选择表示不编译，对应功能被裁剪，不参与内核构建。

3. busybox制作文件系统

采用busybox构建根文件系统，其特点是易于构建简单的根文件系统，而且文件系统占用空间小。

1）./etc/inittab文件，该文件指定启动后一些代码的运行方式。

复制代码

#etc/inittab
#指定系统启动时要执行的脚本文件
::sysinit:/etc/init.d/rcS
#终端启动时要执行的脚本文件
console::askfirst:-/bin/sh
#重启时要执行的脚本文件
::restart:/sbin/init
::ctrlaltdel:/sbin/reboot
#关闭时要执行的脚本文件
::shutdown:/bin/umount -a -r
::shutdown:/sbin/swapoff -a

2）./etc/init.d/rcS文件，该文件是一个shell脚本，Linux内核启动后需要启动的一些服务都可以通过该脚本进行配置。

复制代码

#!/bin/sh

#环境变量
PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin:$PATH
#库路径
LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/lib:/usr/lib
#导出，使后续子进程继承环境变量
export PATH LD_LIBRARY_PATH

#去执行/etc/fstab，将每个文件系统进行挂载
mount -a
mkdir /dev/pts
mount -t devpts devpts /dev/pts

#支持热插拔
echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
mdev -s

**3）./etc/fstab文件，**将内核的分区挂载在应用层，可在应用层查看内核的文件信息。

复制代码

#<file system>  <mount point>   <type>  <options>   <dump>  <pass>
proc            /proc           proc    defaults    0       0
tmpfs           /tmp            tmpfs   defaults    0       0   
sysfs           /sys            sysfs   defaults    0       0

4. 系统启动流程

bootROM阶段：

上电后，芯片从0x0地址加载BootROM代码：这是芯片出厂内置的固件，负责初始化基本硬件并检测启动模式。
BootROM在芯片内部RAM（128K）中执行：由于此时DDR尚未初始化，因此BootROM代码在片内RAM中运行，完成芯片校验和启动方式判断。
根据启动模式定位U-Boot镜像：选择SD卡启动，BootROM会从SD卡读取u-boot.imx文件（uboot.bin + DCD数据头）。
将U-Boot搬运至DDR并跳转执行：BootROM初始化DDR后，将u-boot.imx从存储介质复制到DDR中，并跳转至U-Boot入口地址，由U-Boot接管后续启动流程。

uboot阶段：

重新设置异常向量表，执行reset复位异常
关闭MMU、dcache、看门狗，打开icache
对硬件设备初始化
进入人机交互，倒计时结束未交互则执行bootcmd加载内核

内核阶段：

解析设备树文件
启动内核（内存管理、多任务管理、进程间通信、网络通信、文件系统管理）
根据uboot中的bootargs挂载文件系统，如果没有文件系统会内核恐慌

文件系统阶段：

内核启动完成后自动拉起init 进程，接管系统上层管理；
init 读取/etc/inittab配置文件，确定系统开机执行规则；
自动运行/etc/init.d/rcS初始化脚本，完成网络、设备、环境等基础配置；
解析/etc/fstab挂载配置文件，自动完成 SD 卡、eMMC 等存储设备要挂载到哪个文件夹；
最后启动串口终端，提供人机交互命令行界面，完成整个 Linux 系统启动。