linux移植 如何在STM32上移植Linux？超详细的实操经验分享

刚从硬件转到嵌入式软件的时候，没有任何准备。一入职，领导就交代了一个非常艰巨的任务——在stm32上移植linux！

一瞬间，我傻了。我不能咬紧牙关。首先，我收集了数据。以前在ok6410的板上运行linux，现在移植到stm32上。以前玩stm32，研究生期间也在做。但是现在我从烙铁的硬件中恢复过来之前，已经转向了嵌入式软件的开发。更麻烦的是stm32没有MMU！没有MMU！找一下，好的，有个uClinux！

然后开始学习各种相关知识，了解到linux的启动一般是u-boot——“liunx内核——”根文件系统，所以首先要做一个基于stm32的U-boot，初始化时钟，外设，中断等等。看了韦东山老师的视频感觉很好，从无到有了解了很多。

将u-boot移植到stm32f407

其实说白了，u-boot就是一个裸板程序，和走马灯，串口通讯一样的性质。裸板程序从守时atom的stm32开发板学到了很多，在我的研究生阶段积累了一点。首先，我指的是写这篇博文的大神http://www.cnblogs.com/fozu/p/3618076.html,写的程序。这篇文章写得不错，后面也分析了内核。反复阅读，受益匪浅。这个程序不是u-boot程序，但是和初始化的效果一样。。最后，传递内核参数，跳转到内核。。。当初用keil编译这个程序，结果是一堆错误。别人用的板和你用的板不一样。硬件和串口的led灯可能连接方式不同。比如人家用串口1，你用串口2，缺了一些头文件，就会出错。所以根据我们自己的实际情况，花了一段时间才改正过来，最后去掉所有错误，编译成功。

这时候用的板子是stm32f103。早在2008年ST就发布了u-boot和支持它的uClinux内核，但是只有Uclinux内核有源代码，u-boot给了一个十六进制文件的尴尬。其实cortx m3和cortx m4之前的架构差别很大，这样修改对我来说无疑是非常困难的。我太大了，听不进去，一个人去，做不到！然后先获取stm32f103，复制之前编译无误的引导程序，在stm32的0x08003000位置复制官方提供的uClinux内核。一旦启动，连接串口，打开串口助手，看到什么都没有。。。

怎么了？仔细想想，首先要看最后一步跳转到内核是否成功，然后先验证这一步，参考atoms的IAR跳转历史，编译一个ticker跳转程序，即引导程序不变，地址0x0800000复制，而ticker程序在地址0x08003000复制。如果led灯亮灭，说明跳转是正确的，所以开始的时候灯不亮。疯狂是怎么回事？经过仔细调查，发现是一个跳转函数。引导程序是参考u-boot源代码编写的。里面的函数被分配了一个带函数指针的地址，最后跳过了。经过两天对原子程序修改的辗转反侧，灯居然可以开关了。我不知道现在是什么问题，但至少现在我可以实现跳跃了。

然后把内核复制到0x08003000，一旦启动，串口助手还是没有输出，真的很烦很压抑。stm32f103无法修复，想做stm32f407。。。之后开始找原因，做修改，领导各种提醒。我是在stm32f103和stm32f407这两块板之间做的，然后休息的时候看了魏老师的视频，找资料看看有什么启发，还是没有进展。

后来在网上找了个哥们，在stm32f407上成功移植了u-boot，有启动图，就想，为什么不行？然后我继续搜索，终于在网上找到了u-boot的源代码。我根据自己的stm32f407板修改了串口和时钟，安装了相应的交叉编译链。请注意，arm-non-eabi没有linux，因为它是一个与linux无关的裸板程序。然后我就跑了，最后在串口助手里看到了久违的u-boot启动图。我欣喜若狂！想想那段时间，我真的是在压力下长大的，感觉自己的技术进步很大。

当领导过来的时候，他看到了一只u型靴。。。)说要加外部sram驱动，为了运行linux内核，SRAM只有512K，这么小能运行linux内核？这是另一个故事。首先将sram驱动程序添加到u-boot。

首先参考原子sram程序修改运行。结果可以运行，但可以重新读写。几个地址的数据总有错误。所以我一直在努力思考，想到了一种可能。stm32的FSMC配置用于驱动外部静态随机存取存储器。它有btcr寄存器设置，分为bcr和btr设置。原子开发板用1M16位，我的用512k8位。在btr寄存器设置中，它应设置为8位

下一步是给u-boot添加sram驱动。这个u-boot写的不错，但是配置了外置的8M sdram，所以我会在sdram_init函数中加入sram配置代码，删除掉所有原来的sdram配置代码。折腾了两天，写修改成功。机器一开机，串口助手就正常输出启动信息，用u-boot的md和mw指令验证sram驱动是否可行。也有一些问题，如在前100个地址中写入ff，当md查看时有几个地址数据是错误的，没有显示ff，使用以前的sram裸板程序时也是如此。当我以为软件程序肯定没问题的时候，是硬件问题。还好硬件做了一段时间，不然被公司的硬件工程师坑了。用万用表仔细测试后，发现sram的几条数据线被虚拟焊接。怪不得数据错了。拿个烙铁拖着，好！数据正常，嗯！想成为一名合格的嵌入式软件工程师，还是要软硬件结合，不能脱离硬件！！！！

好的。到目前为止，基于stm32f407的u-boot已经移植成功，加上一个外接的2M SRAM驱动，最后拍了u-boot启动图。我人生中在CSDN的第一篇博文，我希望我将来能继续学习和提高我的技能并努力工作！

将uClinux内核移植到stm32f407

以上先描述了基于stm32f407的u-boot移植，下面将提到移植stm32f407内核最困难的部分。我也在网上找到了这个内核的源代码，介绍是外国大神修改的。真的很感谢这位大神，因为网上资源很多，要善于挖掘和搜索。

我不小心写下了内核代码。刚拿到代码的时候对在stm32f407上运行uClinux没有太大信心。第一，网上没有关于在stm32f407上运行uClinux的信息。都是对网上在stm32上运行uClinux态度不好。的确，stm32运行的是uClinux系统，资源稀缺。而stm32f407的内部flash只有1M 空，其中u-boot占用128K，所以内核存储在0x08020000，剩下的900k 空用，我的板外有2M SRAM，更糟糕的是得到的代码是基于stm32f429的uClinux。很多人在stm32f429上成功运行过，但从来没有在stm32f407上运行过，但我没有退路。项目需求和领导要求只能盲目改变。其实把stm32f103换成stm32f429好很多。最起码stm32f429的架构和stm32f407大致相同，于是我按照自己的板子改了。遇到很多问题，想过放弃，但至少坚持下来了。因为赶时间看了很多书，查了很多资料，了解了很多关于u-boot和内核代码的东西。

我特别感谢jserv先生。当我无处可去时，我给他发了几封电子邮件。他回答了我两个极其重要的问题，建议外置512K至少要换成2M SRAM，不然内核真的会运行。中间，仁慌…...

然后修改stm32f407的内核代码。stm32f429用串口3，我用串口1。时钟错了，换吧！存储地址不同。换吧！Stm32f429不仅有外部SRAM，还在空之间的8M处有NOR闪存。它财大气粗，随便用资源，不像我的stm32f407，只有外置的2M SRAM，还好uClinux代码是在XIP模式下运行的，也就是把代码段放在内部flash中本地执行，把bss段的数据段和其他段放在sram中运行，所以，空就够了。

在此期间，有这样一个问题:

我被卡住了一个星期，当时很疑惑。创建缓存时出现内核错误，无法再运行。我仔细对比了一下stm32f103的uClinux源代码，没有发现错误。一个多星期没进步，内核慌了我就慌了。还好领导了解情况后没有催我，而是给我买了一本《ARM Linux内核源代码解析》，让我好好研究一下。为了解决这个问题，我看了关于构建kmem缓存的文章。linux内核源代码太复杂，让我头大。后来我觉得这不是解决办法，又是硬件问题吗？因为原来512k的sram升级到了2M，公司的硬件工程师又修改了一遍，于是我又用电烙铁把stm32芯片、sram芯片和它们之间的上拉电阻焊接了一遍，一上电就正常运行到下一步。唉，之前移植了u-boot的sram驱动也是我的硬件坑。不知道一些硬件的时候真不敢相信。。。

然后，前后用了将近两个月，是这样的:

-我很幸运能想到它。。。

遇到的下一个问题是缺少根文件系统。这段uClinux代码本来配备了一个根文件系统，就是romfs，但是存储空不够。

UClinux的根文件系统无法挂载，因为最初配置的根文件系统是romfs，基于stm32f429。stm32f429的内部闪存在空之间是2M，romfs在空之间占用300kb以上，这显然是足够的，但是对于stm32f407来说，其内部闪存空是1M，所以这样存储的话，存储空空间不够所以根据这种情况，我认为有必要构建一个占用内存空的较小的initramfs作为uClinux的根文件系统来挂载。

建立stm32f407-uClinux的initramfs根文件系统

如上所述，当内核运行以释放init内存:8k时，就会卡住，无法再运行。查阅相关资料，推测是因为缺少根文件系统造成的。原内核源代码是一个带根文件系统的bin文件，是romfs但是没有源代码。如前所述，我目前的项目使用的是stm32f407，内部闪存容量和外部SRAM不足以复制这个暂停为根文件系统使用的原始romfs。

下一步是找到一个经济适用的文件系统作为内核的根文件系统。在网上查了一下相关资料，可以知道YAFFS2支持nandflash，jffs支持nor flash，好像不适合我手里的stm32f407。于是我仔细研究了stm32f103的源代码，发现它有两种启动模式。一种是使用iniramfs作为根文件系统，启动xip。在stm32f103中，当flash只有512k的时候，实际运行的是Uclinux。另一个是jfss2挂在外部nor flash上。显然我只能参考第一种方式，用INIRAMFS作为根文件系统。然后开始构建initramfs相关文件。在menuconfig中，仔细研究了stm32f103 XIP启动模式的内核配置。config _ initramfs _ source = " initramfs-filelist "而initramfs-file list位于uclinux/Linux-2.6.x下，乍一看是这样的:

一开始，我无法理解shell的含义。在网上找到一篇文章，写的很清楚。复制并学习它:

将initramfs编译到内核中

使用initramfs最简单的方法是用已经制作好的cpio.gz替换内核中的空一个。这是2.6内核自然支持的，不用做什么特殊设置。

有一个config _ initramfs _ source.该选项指向内核打包initramfs所需的所有文件。默认情况下，这个选项会留下空，所以内核编译后，initramfs也是空，也就是前面提到的rootfs什么都不做。

Config _ initrams _ source可以是绝对路径，也可以是从内核的顶部构建目录开始的相对路径。有三个目标:一个已经制作好的cpio.gz，一个为制作cpio.gz准备好所有内容的文件夹，或者一个文本配置文件。第三种方法最灵活。下面依次介绍这三种方法。

1)使用已经完成的cpio.gz文件

如果您已经有了自己的initramfs_data.cpio.gz文件，您可以将CONFIG_INITRAMFS_SOURCE指向它，内核构建将自动检测文件类型并将其链接到生成的内核映像中。

您也可以将CONFIG_INITRAMFS_SOURCE保留为空，而是将您的cpio.gz文件复制到您的内核的构建目录中。如果不需要，内核的makefile不会生成新的存档。

无论哪种方式，如果你构建一个这样的内核，你可以在不提供外部initrd映像的情况下启动它，并且它仍然可以通过在rootfs之外运行你的init程序来完成它的启动。这是第二种包装方法，如果你现在想试试的话。

2)给内核分配一个文件或文件夹

如果CONFIG_INITRAMFS_SOURCE指向一个目录，内核将为您将其存档。这是创建initramfs归档文件的一种非常简单的方法，也是方法3。

有趣的是，内核构建没有使用标准的cpio命令来创建initramfs档案。你甚至不需要在你的内置系统上安装任何cpio工具。相反，内核构建生成一个用“gen_initramfs_list.sh”描述目录的文本文件，然后将该文件馈送给一个名为“gen_init_cpio”的程序，该程序创建了cpio档案。这看起来像下面这样:

s/gen _ INITRAMFS _ list . sh $ CONFIG _ INITRAMFS _ SOURce & gt；usr/initramfs_list

usr/gen _ init _ cpio usr/initramfs _ list & gt；usr/initramfs_data.cpio

g usr/initramfs_data.cpio

为了打包我们的hello world程序，您可以简单地将其复制到自己的目录中，将其命名为“init”，在该目录中指向CONFIG_INITRAMFS_SOURCE，然后重建内核。最终的内核应该通过打印“hello world”来结束引导。如果您需要调整该目录的内容，如果有任何变化，重建内核将重新打包该目录的内容。

这种方法的缺点是，如果您的initramfs有设备节点，或者关心文件所有权和权限，您需要能够在目录中创建这些东西，以便复制。如果您没有根访问权限，或者正在使用像cygwin这样的交叉编译环境，这是很难做到的。这就是第四种也是最后一种方法。

3)使用配置文件initramfs_list告诉内核initramfs在哪里

这是最灵活的方法。内核的gen_initramfs_list.sh创建一个文本描述文件，列出initramfs的内容，gen_init_cpio使用这个文件生成一个存档。该文件是一个标准文本文件，易于编辑，每个文件包含一行。每一行都以一个关键字开始，表示它描述的条目类型。

创建“hello world”initram fs的配置文件只需要一行代码:

file /init usr/hello 500 0

这将文件“hello”打包，使它在rootfs中显示为/init，权限为500，uid和gid为0。它希望在内核构建目录下的“usr”子目录中找到源文件“hello”。

若要亲自尝试，请将“hello”复制到内核构建目录中的usr中，将上面的配置行复制到它自己的文件中，使用“make menuconfig”将CONFIG_INITRAMFS_SOURCE指向该文件，运行内核构建，并测试引导新内核。或者，您可以将“hello”文件放在其自己的目录中，并使用“s/ gen_initramfs_list.sh dirname”创建一个配置文件。对于大型项目，您可能希望使用生成初始配置，然后使用任何文本编辑器对其进行自定义。

该配置文件还可以指定设备节点、目录、符号链接、命名的FIFO管道和unix域套接字。通过在内核构建后运行“usr/gen_init_cpio”，可以获得关于该文件格式的完整文档。

包含设备节点和符号链接的更复杂的示例如下所示:

dir /dev 755 0 0

nod/dev/console 644 0 c 5 1

nod /dev/loop0 644 0 0 b 7 0

dir /bin 755 1000 1000

slink /bin/sh busybox 777 0 0

file/bin/busybox initram fs/busybox 755 0 0

目录/进程755 0 0

dir /sys 755 0 0

dir /mnt 755 0 0

file/init init ramfs/init . sh 755 0 0

配置文件方法的一个显著优点是，任何普通用户都可以创建一个，指定所有权和权限，并在initramfs中创建设备节点，而无需对构建系统拥有任何特殊权限。使用cpio命令行工具创建一个cpio归档，或者将内核构建指向一个目录，需要一个包含initramfs将包含的所有内容的目录。配置文件方法只需要几个源文件和一个设计文件来获取数据。

这在从其他环境进行交叉编译时也很方便，在这些环境中，本地文件系统甚至可能无法复制initramfs应该包含的所有内容。

总而言之

这四种向rootfs提供内容的方式有一个共同点:内核启动时，一系列文件被解压到rootfs，如果内核能在其中找到可执行文件“/init”，内核就会运行它；这意味着内核将不再关心“root=”指向哪里。

另外，一旦initramfs中的init进程运行，内核就会认为启动已经完成。接下来，init将控制整个宇宙！它有无敌的Process ID #1预留给它，它会创建整个系统接下来的所有部分！此外，它的地位是不可剥夺的。嗯哼，如果PID 1退出，系统会恐慌。

接下来，我将介绍一些init程序在rootfs中可以做的其他事情。

脚注1:内核不允许卸载rootfs的原因和它不会让第一个进程被杀死的原因一样。装载和进程列表从不为空的事实简化了内核的实现。

脚注cpio格式是将文件组合在一起的另一种方式，比如tar和。这是一种更古老、更简单的存储格式，可以追溯到最初的unix，它是在转速包中使用的存储格式。它不像tar或那样被广泛使用，因为cpio命令的命令行语法并不必要的复杂。幸运的是，我们不需要使用这个命令。

脚注3:如果PID 1退出，内核总是会死机；这与initramfs无关。所有可能杀死init的信号都被阻止，甚至“kill -9”也会可靠地杀死任何其他进程。但是init仍然可以调用exit syscall本身，如果在PID 1中发生这种情况，内核就会死机。在这里避免它主要是一个表面问题:我们不想恐慌滚动我们的“你好世界！”屏幕顶部的消息。

脚注4:针对glibc的静态链接程序会产生庞大、臃肿的二进制文件。是的，对于hello world proram来说，这一数字预计将超过40万。您可以尝试在生成的二进制文件上使用“strip”命令，但这没有多大帮助。这种膨胀是uClibc存在的原因。

脚注5:旧的2.6内核有一个错误，他们会附加到重复的文件，而不是覆盖。在依赖此行为之前，请测试您的内核版本。

脚注6:用户模式Linux或QEMU对测试initramfs非常有帮助，但这超出了本文的范围。

脚注7:嗯，算是吧。默认的版本可能是空的，但是由于一个小错误，2.6.16内核中的版本实际上包含一个“/dev/console”节点和一个“/root”目录，这两个目录不用于任何用途。它压缩到大约135字节，实际上可能是空的。在英特尔上，您可以运行“readelf -S vmlinux”并查找“init.ramfs”部分，查看链接到2.6内核的cpio.gz档案。Elf部分的名称在其他平台上可能会有所不同。

显然，stm32f103使用的是第三种方法。里面的说明无非是设置文件权限，设置软连接等。期间也学了一点bash shell，收获了一点。明白了道理之后，就好办了。我直接跟着猫画老虎。我用了第二种方法:

1.首先创建rootfs文件夹，然后在这个文件夹下创建bin，dev等，proc，sys等目录。

2.编译busybox并将生成的bin文件复制到rootfs/bin

3.创建一个新的linuxrc文件，设置权限chmod 777，然后将init=/linuxrc添加到从u-boot传输到内核的参数中

4.在dev目录中添加一个设备节点，否则不会有输出信息！

1 mknod -m 666控制台c 5 1

2 mknod -m 666 null c 1 3

5.在内核make menuconfig上，CONFIG_INITRAMFS_SOURCE= "您刚刚构建的文件夹的绝对路径"

编译内核，initramfs是直接用内核编译的，不需要单独一份bin文件，更方便启动，相关显示信息可以在串口调试助手里看到:

最后说一下自己的感受。虽然使用initramfs根文件系统方便实用，但缺点是只读不可写，非常不利于开发。领导说要加一个spi闪存，在里面挂载一个根文件系统，那是未来的事，以后再说。目前这种情况只能达到我的技术水平。添加根文件后，stm32内部闪存中有超过200k的存储空间空，所以我应该可以添加一些驱动程序和应用程序。然后我的任务就是写简单的驱动和应用。嗯，我还要继续学习，再努力。。。