在MIPS开发板上建立Linux系统及开发环境

    介绍了利用已有的MIPS版Linux源文件包，编译可运行的Linux内核的方式；讨论了在主机上建立相关服务器，通过NFS服务从主机上下载内核，在无盘开发板上启动Linux的方法。

    关键词：MIPS NFS 启动Linux

    一、引言

    大多数基于MIPS处理器的平台上都没有提供软、硬盘接口，一般情况下，也没有在板载Flash里烧入可使用的操作系统。没有操作系统，用户的使用就会受到很多限制，应用程序的开发、调试过程就会变得相当复杂。因此，建立合适的操作系统及开发环境，可以方便用户，简化开发调试过程。本文以RedHat Linux 为例，说明在RM7000A处理器无盘开发板上建立Linux系统的方法。所用硬件设备：带有10/100Mb以太网接口和用于显示的串口的开发板、装有Redhat Linux 9.0的主机（Host PC）。如图1：

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二、编译内核

l         准备工作   

编译前，需要有MIPS处理器版的Linux源文件包，简单的方法是从MIPS公司或者SGI公司等的FTP服务器上下载（ftp://ftp.mips.com/pub/linux  或ftp://oss.sgi.com  或ftp://ftp.linux-mips.org/linux/mips ）。另外，由于所用主机是x86体系，要编译在MIPS处理器上运行的内核，需要有能在x86处理器上工作的交叉编译工具；为了使Linux启动后，可以在开发板上直接开发应用程序，还需要MIPS版的NFS根目录结构包，它包括了Linux运行需要的目录结构、配置文件、工具等等。同样，根目录结构包和工具包也可在上述网站的服务器上下载。下载根目录结构包和交叉编译工具时，要注意选择与开发板设置的数据格式（高序Big Endian或低序Little Endian）一致的版本。

        获得源文件包、根目录结构包文件后，将其解压至指定目录，如分别指定为：/tftpboot和/tftpboot/mips，包内文件和子目录就全部展开在相应目录中；

对于rpm格式的工具包文件，可在终端窗口用命令行方式展开： 

rpm –ihv toolchain-mips-*.rpm

交叉编译工具自动安装到/usr/tools的目录下。进入/tftpboot/linux目录，打开Makefile文件，更改以下语句为：

        ARCH=mips

        CROSS_COMPILE=/usr/tools/bin/mips-linux-

l         配置工作

        接下来，是对编译能否顺利通过至关重要的配置过程。所谓配置，就是根据开发板具体情况，只选择必需选项，使重编译的内核既提供所需要的功能，又占据最小存储空间。由于Linux系统各功能模块之间存在不同程度的依赖关系，配置过程中有可能会破坏这些关联；因此配置完成后不一定能通过关联检测，可能需要反复地进行配置取舍。

        配置过程需要注意：

1．  数据格式与开发板的设置和交叉编译工具一致，才能生成正确的内核；

2．  设置正确的处理器，以及相近的开发板类型；

3．  需提供对标准串口的支持和通过串口显示的功能；

4．  由于编译内核的主机不是MIPS处理器，所以一定要设置CROSSCOMPILE项；

5．  因为要通过网络下载内核来启动，对PCI设备、网络协议、网络设备的支持必不可少，此外，在网络文件系统中还要选择NFS_FS和ROOT_NFS选项；

以上为配置基本选项，其余功能可根据开发板具体情况取舍。配置步骤如下：  

cd /tftpboot/linux  -- 进入目录/tftpboot/linux

make config        -- 进行行命令配置

make dep           -- 关联检测

l         编译内核

如果无出错提示，表明配置正确，可以编译内核：

          make boot

编译完成后在/tftpboot/linux和/tftpboot/linux/arch/mips/boot中都会出现不同格式的内核映像文件vmlinux、及System.map文件。

三、设置主机服务

1．  设置TFTP服务器

在RedHat Linux安装CD3中找到tftp文件包：tftp-0.32-4.i386.rpm，在终端输入：  rpm –ihv tftp-0.32-4.i386.rpm，系统自动安装好tftp服务器；

cd /etc/xinetd.d    -- 进入目录/etc/xinetd.d

vi tftp             --只有在安装了tftp服务后，才会出现tftp文件

修改其中disable和server_args项，其余可保持不变。以下为一个完整的tftp文件：

Service tftp

{

socket_type  = dgram

protocol     = udp

wait         = yes

user         = root

server       =/usr/sbin/in.tftpd

server_args  = -s /tftpboot/linux   -- 根据需要设置tftp服务默认目录

disable      = no                   -- 默认为yes，应修改成no

per_source   = 11

cps          = 100 2

flags        = IPv4

        }      

2．  设置DHCP服务器

在RedHat Linux安装CD2中找到dhcp文件包：dhcp-3.0pl1-23.i386.rpm，在终端输入：  rpm –ihv dhcp-3.0pl1-23.i386.rpm，系统自动安装好dhcp服务器；

 cd /etc                -- 进入目录/etc

vi dhcpd.conf          -- 建立文件dhcpd.conf

在dhcpd.conf文件中写入内容如下：

ddns-update-style interim;

ignore client-updates;

subnet 192.168.0.0 netmask 255.255.255.0 {

      option routers         192.168.0.10;

      option subnet-mask     255.255.255.0;

      option domain-name     “LocalHost”;

option domain-name-server  192.168.0.10;

option time-offset       18000;

range dynamic-bootp    192.168.0.1 192.168.0.15;

default-lease-time     21600;

max-lease-time         43200;

}

其中，192.168.0.10为主机ip地址；192.168.0.1～192.168.0.15为dhcp服务可动态分配的ip有效地址范围；

3．  设置NFS服务器

cd /etc        -- 进入目录/etc

vi exports     -- 打开exports文件

    添加语句：/tftpboot/mips  *(rw,sync,no_root_squash)，

此语句设置主机上的目录/tftpboot/mips为客户机通过NFS服务可访问的根目录，并且任何客户机的访问都被视为是主机root身份，对/tftpboot/mips目录具有读写功能。这样设置是为了方便以后在开发板上的开发与调试工作。

4．  启动服务

在RedHat Linux9.0程序启动栏里，系统设置—〉服务器设置—〉服务，选上dhcpd、tftp、xinetd、nfs、portmap服务选项，点击开始或者重新开始来启动dhcp、tftp、nfs服务。其中tftp服务要通过启动xinetd才能工作。

四、通过NFS服务在开发板上启动Linux系统

1．设置minicom

minicom是一个RedHat Linux9.0自带的通信终端程序，通过minicom可以设置、监视串口工作状态，接收、显示串口收到的信息，并且在主机和开发板之间传递数据和控制指令，从而实现通过主机上调试开发板的目的。以下的操作都是通过主机键盘在minicom窗口里进行的。

在主机上打开一个终端窗口，启动minicom，设置主机串口：波特率9600、数据位8位、停止位1位、奇偶校验位无、数据流控制无；保存设置后，重新启动minicom。这时minicom处于工作状态；

2．  开发板加电

开发板上有一个512KB ROM，烧有bootloarder – pmon2000，加电后自动完成处理器、缓存、内存控制器、网络控制器等初始化工作；同时pmon2000拥有少量行命令集，用于启动后对内存的读写校验、板载Flash的擦写、ip设置、串口设置以及跟主机之间进行数据通信，包括上传、下传文件，接收主机下达指令等等。

开发板加电后，minicom窗口显示初始化信息；启动完成，显示pmon>；

3．启动Linux

加载内核：pmon>boot 192.168.0.10:vmlinux

pmon2000内部命令boot通过网络，将主机上位于NFS根目录/tftpboot/mips下可执行的vmlinux映像文件，加载到内存，显示入口地址（Entry point）；

启动Linux：pmon>g ./root=/dev/nfs nfsroot=/tftpboot/mips ip=dhcp

g为执行载入文件的命令；其后的参数，是传递给内核的有关根目录的信息，通过NFS访问主机的客户机（开发板），其ip由主机dhcp服务动态分配。pmon2000将内核拷贝到内存空间，随后将控制权交给内核，由其完成系统的启动。在启动完成登录行出现时，输入：root，即可进入运行于开发板上的Linux系统。由于操作系统是在内存里运行的，断电后，要重复步骤2、3，重新载入内核后才能再次启动Linux。

4．应用举例

前面设置了客户机具有对根目录/tftpboot/mips的完全控制功能，因此可以在客户机上（minicom窗口中）直接编写、编译、调试程序。这时所使用的编译调试工具是安装在主机/tftpboot/mips/usr/bin目录里，根目录结构包自带的MIPS版GNU gcc、g++、gdb、ld等等；程序编译完成可直接运行，不需要在主机用交叉编译工具编译后，再切换到客户机下载运行，这样提高了开发效率。

在开发板上（minicom窗口），

       cd /home

       mkdir test   -- 在/home目录里建立一个test子目录，实际上是建在主机的/tftpboot/mips/home下

       cd test

       vi hello.c              -- 用vi编写一个名为hello的c语言程序

       gcc –o hello hello.c   -- 编译产生可执行文件hello.o

       ./hello                 -- 执行该文件

至此，可以看见程序运行结果。

五、结束语

        文中所编译出来的内核文件vmlinux占空间小（1.9MB），功能有限，需要与主机配合才能发挥作用。在实际的应用中，有可能要加入更多的功能、服务，比如：http服务、ftp服务、mail服务、对GUI的支持等等，内核的占据空间必然增大，因此,设计时在功能和资源之间就要有所取舍。另外，系统实际应用中不一定带有网络，可能是一个独立的系统，此时内核必须放在系统自身的存储单元里（DOC、IDE硬盘、CF卡等）。因此，有必要进一步研究能够直接从存储单元启动操作系统的技术。