Little Kernel分析與移植

楊 浩 王正元 孟慶民 張艷彬

1.南京郵電大學電子科學與工程學院，江蘇 南京 210003

2.南京郵電大學通信與信息工程學院，江蘇 南京 210003

Little Kernel分析與移植

楊 浩1王正元1孟慶民2張艷彬2

1.南京郵電大學電子科學與工程學院，江蘇 南京 210003

2.南京郵電大學通信與信息工程學院，江蘇 南京 210003

Little Kernel（lk）是被Android系統接受進入源碼樹的Bootloader程序，并被多款智能手機和平板電腦所采用。論文介紹了lk的主要功能，分析了lk的源碼結構，并在此基礎上詳細說明了lk移植的方法和過程。將移植后的lk進行編譯并下載至TCC8801 DEMO板上，lk能夠正常啟動并引導linux內核。

Little Kernel；嵌入式系統；移植；TCC8801

little kernel; embedded system; porting; tCC8801

引言

近年來，ARM Cortex-A8高性能處理器被廣泛應用于智能手機、平板電腦等設備。而這些嵌入式系統啟動時需要bootloader程序，所謂bootloader是在操作系統內核運行前執行的一小段程序。這段程序負責完成對硬件設備的基本初始化，創建某些必要信息通過相關機制傳遞給內核，引導和加載內核，并最終調用操作系統內核[1-

2]。

目前，常見的bootloader有[3]：Redboot、U-Boot、Blob、vivi等。其中以U-Boot應用最為廣泛，支持的操作系統和處理器芯片最多。Little Kernel 是最近幾年才推出的一種Bootloader，并被Android系統所接受進入Android源碼樹，大量應用于智能手機與平板電腦。Little Lernel除了支持高通、TI、三星、Telechips等公司的芯片組，目前還具備如下功能[4]：

a、支持多種NAND Flash啟動；

b、提供USB驅動，支持開發過程中通過USB升級image文件；

c、提供鍵盤驅動，支持開發人員進入fastboot模式升級image文件；

d、提供顯示驅動用于調試和點亮顯示屏；

e、支持多線程。

Little Kernel不僅代碼量小、運行耗時少，更為重要的特點是代碼可維護性好。在Little Kernel架構中將處理器芯片歸為平臺，對于使用同一芯片的不同目標板則對于不同的目標[4]。

1 Little Kernel 源碼分析

為了進行移植，必須仔細分析Little Kernel（下面簡稱lk）的源碼目錄結構，據此理解lk的系統架構，只有這樣移植工作才會有的放矢、事半功倍。

lk的目錄結構如表1所示。

表1

從表1可以看出，lk的架構清晰、功能簡捷。

lk啟動流程如下[5]：

Step1：從lk鏈接文件lkarcharm system-onesegment.ld可知，入口點在_ start。而_start在匯編語言文件crt0.S中，從_start跳轉到reset，開始進行CPU早期初始化、建立堆棧等常規的初始化任務，然后跳到kmain()函數執行。

Step2：進入kmain()函數后，首先執行thread_init_early()函數。Lk支持多線程，因此需要該函數進行相關初始化，例如，初始化線程隊列，初始化線程列表，創建運行線程等。

Step3：執行arch_early_init()函數。主要初始化MMU（內存管理單元）、ARM NEON通用SIMD（單指令多數據）引擎。

Step4：執行platform_early_init()函數。如前所述，lk將每種具體型號的ARM處理器歸為一個平臺。platform_early_ init()函數對具體型號的處理器進行初始化，包括設置時鐘、設置中斷向量、初始化定時器/串口/I2C總線控制器等。

Step5：執行target_early_init()、call_constructor()、heap_init()、thread_ init()、dpc_init()、timer_init()函數，而target_early_init()沒有具體實現。

Step6：執行thread_resume(thread_ create(“bootstrap2”，&bootstr ap2， NULL，DEFAULT_PRIORITY，DEFAULT_STACK_SIZE))，即進入引導第二階段，對架構、平臺、目標板進行具體初始化，并裝載、引導內核程序。

2 Little Kernel移植

從lk的源碼目錄和架構組織思想可知，lk將不同體系架構處理器相關的文件放在lkarch目錄下，目前主要支持ARM處理器，以后會逐步增加更多的處理器。而對于同一體系架構處理器，不同廠家或者不同系列處理器又歸屬在不同的平臺之下，將某類處理器共用的代碼放在lkplatform目錄下。而對于采用特定處理器設計的目標板，其相關代碼則放在lk arget下。同時在lkproject目錄下為相應目標板編寫頂層規則文件用于編譯lk。

基于上述思想及對lk啟動流程的分析，為某個目標板（簡稱board_xxx）進行Little Kernel移植時可以遵循以下步驟：

a、在lk源碼目錄中lk arget下新建子目錄board_xxx，在父其目錄下找到與board_xxx采用相同處理器電路板（簡稱board_orig）的代碼，將board_orig的所有文件拷貝至目錄lk argetoard_xxx之下，以board_orig的代碼為基礎進行修改。

b、在lkproject目錄下為board_xxx建立頂層規則文件board_xxx.mk，向該文件添加目標板的名稱、調試開關設置。

c、修改lk argetoard_xxx目錄下的文件，這些文件包括編譯規則文件rules.mk，頭文件ddr.h，C文件atags.c、gpio.c、init_clock.c、init_memory.c、init.c。

規則文件rules.mk中必須指明：采用的平臺、內存基地址、內存大小、目標板硬件版本號、SDRAM控制器的類型、處理器型號、SDRAM芯片型號、顯示器型號、標簽列表的地址、內核的地址、RAMDISK的地址等。移植時只要修改目標板硬件版本號，其他基本不用修改。

頭文件ddr.h定義一些參數用于配置SDRAM，主要包括：物理SDRAM片數、邏輯SDRAM片數、最大速度、頁面大小、突發長度等等相關參數。倘若目標板上采用的SDRAM在頭文件ddr.h沒有定義，則在頭文件增加該款SDRAM的參數定義，否則不用修改ddr.h。

文件atags.c用于操作標簽列表，而標簽列表用于向內核傳遞引導參數。移植時重點修改文件中的內存信息、目標板的版本號。

文件gpio.c用于對目標板上處理器的通用輸入/輸出端口進行配置。lk啟動階段需要配置的端口不多，而大量的端口配置留待內核啟動以后再進行配置。lk需要配置的端口主要包括串行口、I2C總線接口、按鍵接口和相關的控制接口。

文件init_clock.c用于對處理器的時鐘進行初始化，一般不需要修改。

文件init_memory.c中相關函數根據規則文件rules.mk中指明SDRAM芯片型號，查找頭文件ddr.h中定義的參數，根據這些參數對處理器的SDRAM控制器進行初始化、配置參數，保證處理器能夠正確讀寫SDRAM。

文件init.c中的主要函數是target_ init()，該函數用于對目標板初始化，包括對鍵盤初始化、修改NAND Flash中的信息等。

3 編譯與測試

lk移植后需要進行編譯并下載到目標板上測試，驗證移植后的lk能否正確引導linux內核。本文的移植工作在基于TCC8801處理器的目標板上進行，TCC8801是Telechips公司生產的一款ARM Cortex-A8處理器，目標板采用7英寸顯示屏，型號為AT070TN93，內存采用DDR3，型號MT41J128M8JP-15E。編譯服務器采用浪潮塔式服務器NP3060，操作系統采用Ubuntu11.04-Server-64bit。編譯lk及測試過程如下所述：

Step1：搭建編譯環境

a、安裝必須的底層包，例如flex、bison、curl等工具軟件。

b、安裝Java環境JDK，要求安裝Jdk1.6版本，并設置環境變量。

c、安裝工具repo和git。

d、利用repo工具下載android2.3-gingerbread源碼。

e、 將開發板board_xxx相關代碼與android2.3-gingerbread源碼整合。

Step2：編譯lk

a、初始化編譯環境，使用命令source build/envsetup.sh。

b、進入lk目錄，將移植過的lk文件拷貝至lk目錄下相應子目錄。

c、從鍵盤輸入編譯命令make board_ xxx編譯lk并生成lk.rom文件。

d、進入linux目錄，編譯linux內核，并生成zImage文件。

Step3：下載

a、準備PC端燒錄環境。Telechips公司提供相應的燒寫程序FWDN及驅動vtcdrv，在PC機上安裝驅動程序vtcdrv，并驗證PC與開發板可連接。

b、撥動TCC8801DEMO 板上的啟動方式設置開關，使TCC8801處于USB啟動方式。

c、打開FWDN軟件，將lk.rom及zImage寫入相應NAND Flash分區。

Step4：測試

a、撥動TCC8801DEMO 板上的啟動方式設置開關，使TCC8801處于NAND Flash啟動方式。

b、加電啟動DEMO板，觀察LCD能否正常點亮并顯示logo圖標。

DEMO板加電后，lk引導 kernel過程中向串口輸出的信息如下：

以上信息反映出lk.rom能夠引導內核，且LCD正確顯示logo圖標，說明按照本文移植方法生成的lk.rom是可用的。

4 結語

Little Kernel是一種小型的bootloader程序，代碼量小，便于移植與維護，啟動速度快，多用于手機和平板電腦。本文通過對Little Kernel的源碼分析，給出具體的移植過程。測試結果表明移植過程和方法是正確的，能夠正確引導Linux內核。

[1]劉剛,趙建川.Linux系統移植[M].清華大學出版社, 2011.

[2]楊紅濤等.嵌入式Linux系統實用開發[M].電子工業出版社, 2010.

[3][EB/OL] http://baike.baidu.com/ view/1223454.htm.

[4][EB/OL] https://www.codeaurora. org/2010/03/02/little-kernel-based-android-Bootloader.

[5][EB/OL] http://blog.csdn.net/hankhanti/article/ details/6133570.

Analysis and Porting of Little Kernel

Yang Hao1， Wang Zhenyuan1， Meng Qingming2， Zhang Yanbin2
1.ElectroniSc ciencea nd EngineerinNg,a njingU niversityo f Po ts and TelecommunicatJioiannsg, suN anjingC, hina；
2.Communication and Information Engineering, Nanojfi nPgo sUtn ainvder Tseitlye communications, Jiangsu Nanjing, China

The Little Kernel(lk)i s a Bootloadepr rogra m acceptedi nto the sourcet ree of Androids ystem. It is adoptebd y a variety of smart phoneas nd tablet PCs. In the paper, lk’s main functio ns are describeda, nd the structure of its sourc e codes is analyzed. The methoda nd process of portingo f lk are also describeAd.f ter compilinlkg and downloadtinog TCC8801 DEMO target board, the linux kernel can be started up correctly.

TP311.54

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.22.035

江蘇省高校自然科學研究項目（09KJB510015）

楊浩（1969-），男，講師，博士，主要研究方向為圖像處理、嵌入式系統設計。