kernel移植——从三星官方内核开始移植

以下内容源于朱有鹏《物联网大讲坛》课程的学习，如有侵权，请告知删除。

一、内核移植初体验

见博客http://blog.csdn.net/oqqhutu12345678/article/details/70526678

1、三星官方移植版内核获取

• 源码包下载；
• 源码包来于三星的SMDKV210开发板附带的光盘资料；

2、构建移植环境

• Windows下建立SI工程；
• ubuntu下解压；

3、配置、编译

• 检查Makefile中ARCH和CROSS_COMPILE；
• make xx_defconfig；
• make menuconfig；
• make -j4（直接make，则会直接单线程编译；如果make -j4，则会4线程编译）。

4、将得到的zImage下载运行，看结果

• 编译完成后得到的内核镜像不在源码树的根目录下，而是在arch/arm/boot这个目录下。
  
• 通过tftp将镜像下载到开发板，见博客http://blog.csdn.net/oqqhutu12345678/article/details/70537721。

5、现象分析

（1）结果

• 看不到  Uncompressing Linux... done, booting the kernel.

（2）分析

• 说明zImage根本没有被解压成功，内核代码根本就没有被运行。因此问题出在解压相关的部分。
• 问题出在内核配置的解压后代码放置的内存地址处。
• 内核配置的解压地址应该等于连接地址，否则自解压之后内核无法运行。现在问题变成：第一，内核的连接地址等于多少？第二，内核中配置的解压地址是多少？
• 这里面还有个问题：内核的连接地址是一个虚拟地址，而自解压代码解压内核时需要物理地址，因此连接地址对应的物理地址等于自解压地址。
• 连接地址和对应的物理地址在head.S中可以查到，分别是0xC0008000和0x30008000，那么自解压代码配置的解压地址应该是30008000。

（3）修改操作

• 自解压代码对应的自解压地址在mach/Makefile.boot文件中。
• 在其中加入下面内容

# override for SMDKV210zreladdr-$(CONFIG_MACH_SMDKV210):= 0x30008000params_phys-$(CONFIG_MACH_SMDKV210):= 0x30000100

（4）同步、编译，重新下载运行查看结果

• 自解压代码解压打印信息已经出来；
• 内核还是没有运行；

（5）问题分析

• 定义的物理地址不对，从20000000改到30000000即可。

二、内核中机器码的确定

1、MACHINE_START宏

• 这个宏用来定义一个机器码的数据结构。
• 这个宏的使用其实是用来定义一个结构体类型为machine_desc类型的结构体变量，名为__mach_desc_SMDKV210。
• 这个结构体变量会被定义到一个特定段.arch.info.init，因此这个结构体变量将来会被链接器链接到这个.arch.info.init段中。

static const struct machine_desc __mach_desc_SMDKV210\ __used\ __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {\.nr= MACH_TYPE_SMDKV210,\.name= "SMDKV210",.phys_io= S3C_PA_UART & 0xfff00000,.io_pg_offst= (((u32)S3C_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,.boot_params= S5P_PA_SDRAM + 0x100,.init_irq= s5pv210_init_irq,.map_io= smdkv210_map_io,.init_machine= smdkv210_machine_init,.timer= &s5p_systimer,};

（1）mach-xxx.c文件定义了一个机器码的开发板的machine_desc结构体变量

• 这个结构体变量放到.arch.info.init段中后，表示当前内核可以支持这个机器码的开发板。

（2）落实到当前开发板和当前内核中来分析，当前我们移植的目标开发板使用S5PV210的CPU，开发板名字叫X210。

• 在三星官方版本的内核中找不到mach-x210.c；
• 但不想从零开始移植，因此在三星移植的mach-s5pv210目录下找一个mach-xx.c，使得该开发板和X210开发板最为接近，然后以此为基础来移植。

（3）经过查看，发现mach-s5pc110.c和mach-s5pv210.c与X210开发板最为接近。

• 寻找原则：开发板和三星官方的哪个开发板最为相似。
• X210开发板抄的是三星的SMDKV210，因此要找SMDKV210对应的文件。

（4）结合mach-s5pv210目录下的Makefile来分析，得知.config中定义CONFIG_MACH_SMDKV210后，实际绑定的是mach-smdkc110.c这个文件。

• 因此实际上mach-smdkv210.c这个文件根本没用到。

2、硬件驱动的加载和初始化函数执行

.init_machine= smdkc110_machine_init,

• 定义了一个机器硬件初始化函数；
• 这个函数非常重要，这个函数中绑定了我们这个开发板linux内核启动过程中会初始化的各种硬件的信息。

三、解决内核启动中的错误

1、认识内核启动OOPS

（1）内核启动后会有打印信息，打印信息中隐藏了问题所在。

• 认真的去分析这个打印信息，从中找到对的或者错误的一些信息片段，才能帮助我们找到问题，从而解决问题。

（2）内核启动中的错误信息的特征

Unable to handle kernel NULL pointer dereference at virtual address 00000060Internal error: Oops: 5 [#1] PREEMPTPC is at dev_driver_string+0xc/0x44LR is at max8698_pmic_probe+0x150/0x32c

• 由PC和LR的值可以看出，程序是执行到dev_driver_string或者max8698_pmic_probe（这两个是函数或者汇编中的标号）符号部分的时候出错了。
• 我们从这两个符号出发去寻找、思考可能出错的地方然后试图去解决。

2、错误追溯及问题解决

（1）max8698_pmic_probe

• max8698这个电源管理IC的驱动安装函数部分出错；
• 开发板系统中配置了支持这个电源管理IC，于是启动时去加载它的驱动，结果驱动在加载执行的过程中出错。

（2）这个驱动加载时为什么会出错？

• 结合X210开发板的硬件实际情况来分析：X210开发板上根本就没有max8698这个电源管理IC，既然硬件都没有驱动执行了肯定会出错。
• 之前移植三星版本的uboot时，在uboot的lowlevel_init.S中也有调用电源管理IC初始化函数（PMIC_init），结果会报错，屏蔽掉该函数的调用，uboot就可以成功运行下去。

（5）为什么uboot和内核中，都默认调用这个电源管理IC的初始化代码？

• 因为三星的SMDKV210开发板中用了max8698这个电源管理IC，因此三星的uboot和kernel中都默认支持这个。
• 但是X210中是没用的，因此uboot和内核中都需要去掉该代码模块。

（6）怎么解决？

• 在uboot中，是直接改源代码，即屏蔽掉那个初始化函数解决的；
• 在kernel中，不能直接修改源代码。
• 因为linux kernel是高度模块化高度可配置的，内核中每一个模块都被配置项条件编译；
• 因此要去掉对某个模块的支持，需要重新配置，配置时去掉选项即可，不用改源代码。
• 因此关键就是要找它对应的配置项。

（7）操作

• 先make menuconfig；
• 然后/搜索"MAX8698"这几个关键字，然后看到这个配置项的路径，然后到路径下去按N键去掉这个模块的支持，保存，重新编译即可。

（8）重新编译、下载运行

• 此问题被解决了；
• 内核再次启动后直接运行到挂载rootfs才出错。

3、分析及总结

分析：根本原因在于CONFIG_MFD_MAX8698这个配置宏。这个配置宏决定了很多东西

• 第一：这个配置宏决定了drivers目录下的max8698对应的驱动程序源代码是否被编译；
• 第二：这个配置宏决定了kernel启动过程中是否会调用一些max8698的相关的代码；

总结：kernel是高度模块化和可配置化的，所以在内核中做任何事情（添加一个模块、更改一个模块、去掉一个模块）都必须按照内核设定的方案和流程。

四、iNand的问题和安排

1、错误分析

（1）内核错误信息：Kernel panic - not syncing: VFS: Unable to mount root fs on unknown-block(0,0)。

• 内核试图挂载根文件系统时失败，失败的原因是unknown-block（不能识别的块设备）

（2）backstrace分析，可以得知错误信息的来源，再结合之前的内核启动流程分析，就更加确定了出错的地方。

（3）为什么unknown-block(0,0)？

• 在kernel启动时，uboot给内核传递一个cmdline。
• 其中root=xx指定rootfs在哪个设备上，内核会到相应的地方去挂载rootfs。
• 譬如root=/dev/mmcblk0p2，这里的/dev/mmcblk0p2就是rootfs的设备的地址。
• 表示mmc设备0的第2个分区（设备0，即在SD0通道上的设备，即iNand）。
• 这里的问题就是没找到mmc设备0的第2分区。

（4）为什么没找到mmc设备0的第2分区？

• 一定是因为kernel启动过程中加载mmc驱动的时候有问题，驱动没有发现mmc设备0。
• 问题定位在MMC相关的驱动方面。

（5）对比九鼎版本的内核启动信息

• 可发现此内核启动时，没有找到MMC设备（内置的iNand和外置的SD卡都没找到）；
• 没找到肯定是驱动的问题，因此要移植MMC驱动。

2、问题阐述

（1）SD/iNand都是由一个一个的扇区组成的

• BL1从SD卡的1扇区开始往后存放；
• SD卡的0扇区是不用的，SD卡的0扇区用来放置MBR（主引导记录）。

（2）MBR用来描述块设备的分区信息

• 事先定义了一个通用的数据结构来描述块设备的分区；
• 只要将分区信息写入MBR中，即可完成对该设备的分区；
• MBR默认存放在块设备的第0个扇区。

（3）内核如何知道iNand分了4个分区？哪里对inand进行了分区？

• uboot中有一个命令fdisk，fdisk -c 0时，对iNand进行分区；
• fdisk命令对iNand的分区已经写死，内核通过读取MBR，就可以知道分区信息了；
• 由iNand本身通过MBR给内核传递分区信息，因此uboot给内核传参时，不用传递分区表信息。

（4）如果开发板使用的是nandFlash，分区表一般是在内核中用代码构建的。

• 因此内核移植的时候，一般都需要移植、更改nand分区表。

3、解决安排

暂时解决不了这个问题。

五、网卡驱动的移植和添加实验

1、移植标准

（1）网卡驱动移植ok时，启动信息为

[    1.452008] dm9000 Ethernet Driver, V1.31[    1.455870] eth0: dm9000c at e08f4300,e08f8304 IRQ 42 MAC: 00:09:c0:ff:ec:48 (platform data)

（2）当前内核中网卡驱动尚未移植，因此内核启动时有错误的打印信息：

[    1.130308] dm9000 Ethernet Driver, V1.31[    1.133113] ERROR : resetting [    1.135700] dm9000 dm9000.0: read wrong id 0x2b2a2928[    1.140915] dm9000 dm9000.0: read wrong id 0x2b2a2928[    1.145941] dm9000 dm9000.0: read wrong id 0x2b2a2928[    1.150963] dm9000 dm9000.0: read wrong id 0x2b2a2928[    1.155992] dm9000 dm9000.0: read wrong id 0x2b2a2928[    1.161018] dm9000 dm9000.0: read wrong id 0x2b2a2928[    1.166041] dm9000 dm9000.0: read wrong id 0x2b2a2928[    1.171070] dm9000 dm9000.0: read wrong id 0x2b2a2928[    1.176092] dm9000 dm9000.0: wrong id: 0x2b2a2928[    1.180774] dm9000 dm9000.0: not found (-19).

（3）移植的目标

• 让此版本的内核可以打印出正确情况下的启动信息

2、make menuconfig中添加DM9000支持

• menuconfig中选择Y；

3、mach-smdkc110.c中逻辑分析

（1）mach-smdkc110.c中的smdkc110_machine_init是整个开发板的所有硬件的初始化函数

• 在这里被加载的硬件，在将来启动时就会被初始化；
• 在这里没被加载的硬件，在将来启动时就不管。

（2）smdkc110_devices和smdkc110_dm9000_set()这两个地方是和DM9000有关的，要分别去做移植。

• smdkc110_dm9000_set()，是和DM9000相关的SROM bank的寄存器设置；
• 其相当于uboot中dm9000移植时的dm9000_pre_init函数，只是读写寄存器的函数名称不同了。

4、修改相应的配置参数

（1）DM9000相关的数据配置在arch/arm/plat-s5p/devs.c中；

（2）在arch/arm/mach-s5pv210/include/mach/map.h中定义了DM9000的IO基地址，和DM9000接在哪个bank有关。

（3）+2改成+4，IRQ_EINT9改成10即可。

5、同步、编译、下载，查看启动信息

六、内核启动第一阶段的调试方法

1、调试的原因

（1）内核启动在head.S中首先进行三个校验（CPU id的校验、机器码的校验、tag的校验），然后创建页表，然后做了一些不太会出错的事情，然后b start_kernel。基本上能运行到start_kernel，内核移植就不太会出问题了。

（2）有时候移植的内核启动后的现象是：根本没有启动信息出来。

• 有可能是内核启动运行了，但是运行出错了没启动起来所以没有打印信息；
• 有可能是内核根本没运行；
• 希望能有一种调试手段来确定问题所在。

2、调试方法和原理

（1）调试方法就是在内核启动的第一阶段，添加汇编操作led点亮/熄灭的方法来标明代码运行的轨迹。

（2）将led点亮和熄灭的代码，复制粘贴到head.S中合适位置，然后内核启动后根据led的表现来标明代码有无运行。

3、动手测试

（1）在head.S中合适的地方添加led这个函数，然后在head.S的内核起始运行阶段添加调用led函数，然后重新编译内核，运行内核看这段代码有无被运行。

（3）分析思路

• 如果被运行，证明在调用led的步骤之前的部分都是没问题的，如果有错，错误肯定在后边；
• 如果没有被运行则证明错误在之前，那么就要去之前的部分debug。