如何移植Linux到晶心平臺？

鑒于越來越多使用者將Linux移植到晶心平臺(Andes Embedded)上(AndesCore N12或N10)，本文的目的在協(xié)助使用者快速、有效率的將Linux 移植到自建的FPGA板子上(CPU是AndesCore 的 N12或N10)。筆者曾協(xié)助多家公司工程師進(jìn)行Linux移植到晶心平臺的工作，將Linux移植過程容易遭遇的問題與盲點進(jìn)行實際說明，期望能對使用者有所幫助，也希望讀者不吝指教提供您寶貴的意見。

在進(jìn)行Linux移植時會發(fā)現(xiàn)，使用者的晶心平臺可能會有各式各樣的組合，除了CPU是使用N12或N10外，使用者對于其他的周邊(如RAM，ROM，Timer…..)之搭配各有所好，為了有系統(tǒng)性說明Linux移植的要領(lǐng)，將選定一明確的硬件，軟件，與開發(fā)工具(toolchain)環(huán)境做演練說明，除了讓讀者可以實作明了文中的敘述，當(dāng)使用者的周邊非原設(shè)計的硬件(用戶自己的IP)時，可以運(yùn)用移植的基本原則，更改希望移植IP的Linux驅(qū)動程序，其他原始碼不動，逐一的將使用者的周邊驅(qū)動程序移植到晶心的平臺。

在Linux移植過程中，使用者須建立一基本觀念，那就是整個Linux OS可分為兩部分，第一部分是與硬件相關(guān)的HW dependence code，這部分的程序代碼會因?qū)?yīng)不同的硬件而造成軟件部分需做不同程度的改寫;第二部份是與硬件無關(guān)的generic code，這部分的程序代碼與硬件無關(guān)，純軟件運(yùn)作，不會因平臺(Andes, X86, Arm..)的改變而有差別。移植Linux的工程師第一步需要能區(qū)分出哪一部分程序代碼是 HW dependence code，另外部分的程序代碼就是generic code，如果在這階段對程序代碼判斷錯誤(HW dependence code/generic code)會拖延Linux移植的進(jìn)程并增加調(diào)試時的困難。

Linux移植到晶心平臺過程中，首先須先做到Linux基礎(chǔ)架構(gòu)移植成功。在調(diào)試時，Linux的基礎(chǔ)架構(gòu)組件是CPU，timer，interrupt與UART，當(dāng)CPU與這3項周邊移植成功后，scheduler可以運(yùn)行了，printk也可以運(yùn)行了Linux系統(tǒng)已經(jīng)可以正常的運(yùn)作了。接下來的工作只需將需移植的驅(qū)動程序一個一個移植即可，基礎(chǔ)骨架移植完成后，調(diào)試也有printk可用，接下來只需將肉 (需要加的device drivers) 填上即可。Linux移植比較困難的地方是Linux基礎(chǔ)架構(gòu)尚未完成之前(Linux移植的初期階段)的調(diào)試，所幸晶心提供的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試工具與AndeShape的調(diào)試器AICE，可以一步一步找出問題之所在，讓初期移植Linux的調(diào)試也變得很簡單，具體得作法，后文會詳細(xì)說明。本文敘述重點是如何在晶心平臺上建立Linux基礎(chǔ)架構(gòu)，至于個別Linux 驅(qū)動程序的移植，坊間有許多的書在介紹，本文就不多加贅述。

1. 開發(fā)環(huán)境與程序

使用者開始進(jìn)行Linux移植到晶心平臺，首先須先選定一版晶心的Linux原始碼作為基準(zhǔn)再進(jìn)行軟件移植，修改原始碼以符合使用者的開發(fā)平臺，經(jīng)由工具鏈的compile與link所產(chǎn)生的Linux的映像文件，再放到FPGA板上以驗證程序編寫的正確與否，依此開發(fā)程序:軟件編寫->FPGA板驗證，再回到軟件編寫程序直到所有周邊IP在FPGA板上驗證完全，Linux 移植才完成，如圖表 1所示，Linux移植過程中，AICE調(diào)試可以有效加快Linux移植的速度。

圖表 1 Linux 移植的開發(fā)流程

本文選定一組Linux原始碼、工具鏈、FPGA 板和netlist作為晶心的平臺(于1.1,1.2,1.3中所述)進(jìn)行l(wèi)inux的移植。讀者可將自己的平臺與晶心的平臺做類比，從而有效縮短產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)程。

1.1 晶心版Linux原始碼

目前晶心最新版本的Linux原始碼在AndeSoft的BSP310中，Linux原始碼在BSP310套件中的位置為: BSPv310/source/Linux/linux-2.6.tgz。使用BSP310中的ramdisk ”xc5_glibc_ramdisk.img”作為filesystem。

1.2 工具鏈

此晶心平臺選用的工具鏈?zhǔn)茿ndeSoft™的nds32le-linux-glibc-v2。

1.3 FPGA 板子與 netlist

FPGA板子是晶心AndeShape的 XC5 開發(fā)板。Netlist 為晶心AndesCore的N10 production version.

移植平臺是指使用者要移植Linux的平臺，也就是移植Linux的目標(biāo)平臺。將移植平臺與晶心平臺的比較列表如下: (其中所列之軟件皆屬于BSP310中之套件)。

移植平臺

晶心平臺

說明

Linux原始碼

linux-2.6.tgz

linux-2.6.tgz

使用者應(yīng)從晶心版原始碼進(jìn)行開發(fā)

工具鏈

nds32le-linux-glibc-v2

nds32le-linux-glibc-v2

使用者如用新版的AndesCore™，可更換新的對應(yīng)工具鏈

FPGA板子

使用者設(shè)計

XC5

Netlist

使用者生成

N10 production version

圖表 2平臺與晶心平臺的比較表

2. Boot loader

如果使用者有自己慣用的boot loader，可以使用慣用的boot loader以加快開發(fā)時程，如果沒有boot loader的開發(fā)經(jīng)驗，可以選用u-boot作為系統(tǒng)的boot loader.。u-boot的source ocde位置在BSPv310/source/Standalone/u-boot/u-boot.tgz。

2.1 U-boot

AndeSoft™的BSP310中u-boot source code是需要EBIOS boot up后再執(zhí)行的u-boot版本。直接boot up不需要其他軟件協(xié)助的U-boot版本(ROM版)是比較符合使用者的需要，晶心版的u-boot使用方法請參考BSP310 User Manual。如果要ROM版的u-boot需要在BSP310中的u-boot軟件做patch，其指令如下:

# patch -p1 patching file arch/nds32/cpu/n1213/ag101/cpu.c

patching file arch/nds32/cpu/n1213/start.S

patching file arch/nds32/include/asm/u-boot-nds32.h

patching file arch/nds32/lib/board.c

patching file board/AndesTech/adp-ag101p/config.mk

patching file include/configs/adp-ag101p.h

patch 完成的u-boot source code 可以產(chǎn)生ROM版的u-boot image，直接開機(jī)后的執(zhí)行結(jié)果如圖表3所示。

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