如何移植Linux到晶心平台？

图表 3 u-boot 执行结果图

3. 调试环境

在移植Linux到晶心平台之前，先架设好调试的环境，尤其对底层Linux原始码的移植，有莫大的帮助，在 printk尚未正常运作前，需依靠AndeShape的AICE与 AndeSoft的GDB来进行调试。

3.1设定Linux kernel 调试选项

Linux Kernel 需要设定一些调试选项，才能顺利的运用AndeSoft的GDB进行调试。晶心平台中Linux kernel 调试选项设定如图表4所示，增加这些选项会增加kernel 映像文件的空间，如果空间占用过大以至于不符合设计需求时，可在调试工作完毕后将调试选项关闭以节约不必要的空间浪费。

图表 4设定Kernel hacking 中调试选项勾选

3.2 Linux kernel 调试的程序

Build成kernel bootpImage (含kernel debug message如图表四选项) 后，Linux的映像档放到FPGA板子上，PC host 端的AndeSoft的GDB透过网络(socket)与AICE连接至FPGA板子，进行调试的工作。

3.2.1. 编译链结成映像档

设定好AndeSoft的 cross-compiler 路径后，利用下列指令经由compiler and linker后可以得到 bootpImage，指令如下:

#CROSS_COMPILE=nds32le-linux- ARCH=nds32 make xc5_defconfig

#CROSS_COMPILE=nds32le-linux- ARCH=nds32 make menuconfig

# CROSS_COMPILE=nds32le-linux- ARCH=nds32 make bootpImage INITRD=xc5_glibc_ramdisk.img

将生成的bootpIamge放到FPGA板子上，将AICE连接到FPGA板子启动ICEman，指令如下:

#C:AndestechAndeSight200MCUice>ICEman.exe --p 1234

PC host端的AndeSoft™的GDB透过网络(socket)与AICE连接至FPGA板子，进行调试的工作，示范指令如下:

#ddd --debugger nds32le-linux-gdb vmlinux

gdb>target remote 10.0.2.164:1234

其中IP值 10.0.2.164是一个应用范例，用户可依环境实际IP值进行设定。环境设定完成后，可以开始进行调试工程。

4. 移植Linux至晶心平台关键点经验传承

4.1 Kernel加载程序调试实作

kernel加载程序目的将kernel主程序进行解压缩并加载正确位置，此程序与kernel主程序是两个不同程序，但会一起包在zImage中只是kernel加载程序会attached在zImage的前面。调试时需 file不同的 ELF file才能进行正确的调试工作，kernel加载程序的位置在arch/nds32/boot/compressed/vmlinux，指令如下所示。

#ddd --debugger nds32le-linux-gdb arch/nds32/boot/compressed/vmlinux

kernel主程序的ELF file “vmlinux”在kernel source code的根目录下指令如下所示。

#ddd --debugger nds32le-linux-gdb vmlinux

4.2 Linux kernel 调试实作

kernel加载程序执行完毕后会跳到kernel主程序执行。进入点是arch/nds32/kernel/head.S的assembly code执行完后会进入 kernel 的主要函数 “start_kernel”。

4.2.1. RAM offset patch

晶心版Linux原始码搭配XC5平台，RAM的起始位置(指的是PA)是0x0，使用者FPGA开发板的RAM起始位置如果不是0x0，必须要修改FPGA板子中RAM的起始位置，做法是在晶心版的Linux原始码中进行RAM address patch，将原始码中RAM位置调整到FPGA开发板中RAM的真实位置。

4.2.2. PA/VA remap table

当FPGA板子IO的PA设定正确后，使用者需要设定PA/VA remap table，作法可参考arch/nds32/include/asm/spec-ag101.h，依照apec-ag101.h中PA/VA对应的关系去增减使用者自己IO device的 PA/VA remap table。

4.2.3. Kernel 解压缩与software breakpoint

在进行kernel 调试时，如果在低地址处，例如:head.S中进行调试，当设定 software breakpoint时，会有breakpoint无法停下来与AICE 断线的情况发生。原因是当使用者设定software breakpoint时，breakpoint处的instruction会修改并加入break instruction。但kernel解压缩时会将调试的程序代码覆盖造成与GDB调试不一致性而产生错误。解决的方法就是原设定software breakpoint改为hardware breakpoint，这样就可以避免因kernel解压缩所造成调试的错误，降低调试时的困难度。

4.2.4. PA/VA 观念说明与调试要领

在原始码arch/nds32/kernel/head.S中

la $lp, __mmap_switched

mtsr $lp, $IPC

iret

执行完iret后，系统就会从PA转成VA，MMU translation status从translation off转为translation on在此分界处调试规则如下所述，如果观念不清楚及容易产生调试时的错误，请务必牢记。

4.2.4.1. MMU translation off 时期调试

在这个时期调试，VA是不存在的。所有的IO address与memory都是PA没有VA，如果调试地址设成VA，容易hit illegal address 而造成exception。

4.2.4.2. MMU translation on 时期调试

在这个时期调试，PA是不存在的。所有的IO address与memory都是VA没有PA，如果调试地址设成PA，容易hit illegal address 而造成exception.

4.2.5. 移植Linux的基础组件

MMU translation on后，很快就会进入start_kernel 函数，接下来移植的重点就是移植Linux基础组件，那就是interrupt，timer and UART。当这3个device移植成功后，Linux的架构就建立起来了，printk也可以用了，Linux已经可以正常的运作。如果没有意外，可以执行完kernel甚至将filesystem带起来。接下来用户可以将自己的周边组件一个一个的device driver移植入系统。当周边组件移植完成后，Linux系统移植到晶心平台就完成了。

5. 结语

Linux操作系统运作在晶心平台已有多年的时间。各式各样的Linux软件运作在晶心平台不计其数。皆可证明Linux操作系统运作结合晶心平台是一个稳定与成熟的产品，只要能明了熟悉Linux 移植的技巧与重点，使用晶心平台开发Linux的产品将是一件愉快与简单的工作。