EPD linux fo 世家

wheel

　這裏介紹一個可以不用花費很多錢去?買專門的硬體但是又可以學習嵌入式Linux系統的方法。這就是利用世家(Sega Dreamcast)遊戲機?韺W習製作嵌入式Linux。(Embedded Linux) 這篇文章將會詳細的講解如何在Sega Dreamcast上面安裝Linux.包括Linux Kernel, Boot loader和Utility kernel patches. 同時也提供以上工具的下截連接地址。

　
ftp://ftp.gnu.org/gnu/binutils/binutils-2.11.2.tar.gz
ftp://ftp.gnu.org/gnu/gcc/gcc-3.0.1/gcc-3.0.1.tar.gz
ftp://ftp.gnu.org/gnu/glibc/glibc-2.2.4.tar.gz
ftp://oss.lineo.com/busybox/busybox-0.60.1.tar.gz
http://www.linuxdevices.com/file ... ux-dreamcast.tar.gz
http://www.linuxdevices.com/file ... 0010831-1455.tar.gz
http://www.linuxdevices.com/file ... .11.2-sh-linux.diff
http://www.linuxdevices.com/file ... 3.0.1-sh-linux.diff
http://www.linuxdevices.com/file ... 2.2.4-sh-linux.diff
　http://www.linuxdevices.com/file ... .60.1-sh-linux.diff
http://www.linuxdevices.com/file ... inux-dreamcast.diff
http://www.linuxdevices.com/file ... -20010831-1455.diff

簡介：

在學習Embedded Linux的時候，最重要的就是價錢和系統的相容性了。人人都知道，Linux在桌面電腦和伺服器上面都可以非常好的運作。但是，這些都不能稱作嵌入式系統。你知道嗎，其?利用你的Sega Dreamcast遊戲機，你就可以自己學習製作一次嵌入式的Linux了。

要學習嵌入式Linux，首先，當然你要有足夠的文件。同時，你要必須要有一個不是基於X86的硬體平臺，包括一顆不是X86的微處理器。除了電腦以外，比較理想的就是：PDA, Internet appliances 和遊戲機啦。

沒錯，就是遊戲機。那種爲了讓大家?買遊戲而幾乎不?錢，或者?錢在賣的東西。現在價位最合適的就應該算是Sega Dreamcast了。因爲Sega 已經出了新的産品了，目前Sega Dreamcast已經被?S家已經停止生産。所以Sega Dreamcast的價位現在非常的好。下面我們就看看如何在Sega Dreamcast上面跑Linux.

Linux 是如何運作在 Sega Dreamcast 上的：

在討論Linux 是如何運作在 Sega Dreamcast上之前，我們首先要知道是如何把Linux裝到Sega Dreamcast裏面去的。其?秘密就在於放入Sega Dreamcast裏面的那個CD的格式啦。也就是說，?K不需要什么特殊的工具。

Sega Dreamcast:

        Sega Dreamcast支援 Hitachi SH7750 CPU，運行速度是200MHz. 有 16MB的RAM.你可以選擇使用電視機（PAL制式或者NTSC制式）或者利用乙太網配置器（Ethernet Adapter）

直接連接到VGA的電腦螢幕上面。Saga關這種卡叫做“Broadband Adapter”或者“BBA”，也能買到專門給Saga Dreamcast使用的鍵盤和滑鼠。

在Dreamcast上安裝Linux:

        在Saga Dreamcast遊戲機啓動的時候，Saga Dreamcast內建的一個啓動程式會嘗試讀取 CD-R（要確定，不能用CD-RW），嘗試找到最少兩個CD-R的recording sessions.第一個session是音軌，boot loader?K不會去管它。但第二個session必須是CD/XA資料軌。（mode 2, form 1）這個資料軌必須是標準的ISO9660的文件系統，同時這個文件系統的前16個磁區必須包含一個含有啓動資?的文件IP.BIN。IP.BIN包含啓動後，啓動程式需要開啓的檔案名。IP.BIN同時包含元資料用以識別硬體，以確定CD上的哪個程式將被執行。（例如自動選擇遊戲是在Sega Dreamcast上執行，還是在Saga其他?型的遊戲機上執行）地區標誌，會控制遊戲以那種格式顯示（PAL或者NTSC），同時也顯示遊戲所需要的控制器（遊戲手柄啦什么的）和CRC.

一但Saga Dreamcast內建的啓動程式讀到有效的IP.BIN文件。系統就會自動把命名的文件?腎SO9600的文件系統讀到記憶體中，?K交出全部的控制許可權。這裏，我們做的就是，當Saga Dreamcast系統開機以後，啓動程式會把Linux進去。還可以利用Saga Dreamcast的串列介面（serial port）或者乙太網介面（enthernet port）?硐陆匾恍〇|西。一個RTOS，好比eCos就不錯。

Saga Dreamcast的系統硬體同時提供一個?似於BIOS功能的東西用於系統可以?腉D-ROM drive讀取資料，（GD-ROM drive是一種?腃D-ROM改裝出?淼臇|西，它跟CD-ROM最大的區別就是GD-ROM可以容納1GB的資料）訪問內建的flash memory等等。可惜的是目前這些東西還沒有支援。也許當你讀到這片資料的時候就已經有了這方面的支援了。

  

接下?碜鍪裁矗

        我們要知道了如何製作一個可在Saga Dreamcast上運行的系統image, 我們就必須對Linux有一定的瞭解:

Linux的Kernel本身是不能啓動的。她需要一個啓動程式，比如lilo?韼椭ilo會把開始系統的一些資?，例如系統情況，系統平臺等等傳送給Kernel. Lilo同時也支援解壓縮，這樣可以把壓縮的Kernel image直接拿給用。在嵌入式系統中，我們也同樣需要一個?似於lilo的boot loader.

簡單的?碚f，Linux的啓動分爲以下幾個步驟：

Boot loader 最先得到系統的控制權。這個控制權是?腂IOS或啓動硬體中得到的。
Boot loader 把kernel的image?G到memory裏面去?K且解開壓縮。
Boot loader 進入已經解壓縮的memory image中。這個memory image裏面就是Linux的 Operation System Kernel啦。

Kernel 對自己進行初始化，然後mount root 目錄。載入device drive，初始化硬體，最後開始運行應用程式。

現在我們知道了這些，應該清楚CD上的image裏面的內容了吧。我們需要一個boot loader,和一個Linux 的 Kernel, 我們需要讓我們的boot loader在Saga Dreamcast啓動後，能得到控制權，且找到Linux的Kernel，同時轉換控制權。



Linux 和應用程式：

        接下?恚覀冞有很多的事情要做。一旦kernel可以成功的運行了，我們還需要應用程式。桌面系統跟嵌入系統有個很大的區別。桌面系統通常系統只負責跟應用程式之間的交換。但是嵌入系統就不同了，在嵌入式系統中，通常系統和應用程式是同一個。也就是說，他們是綁在一起的。因爲他們綁的?在是太緊了，很難分辨出?恚悦?姷膮^分辨那個是作業系統那個是應用程式就有點不符合?際了。

Linux是一個通用性的很好的桌面作業系統，也就是說，我們需要有應用程式才可以。在這篇文章的結尾。會介紹一個?似的應用程式：shell



Linux和文件系統：

        如果你觀察一下Linux的startup code,你就會發現，最後一步就是kernel尋找一個可執行的叫做“init”的檔案，?K且把它截入到記憶體裏。這裏?K不只是說我們需要一個叫做“init”的文件。這裏同時指出，我們需要一個文件系統去取出這個檔案。

也許你會想，Saga Dreamcast?K沒有硬碟，那么如何存放系統文件呢？其?，很多的電腦工作站也是沒有硬碟----最少，在系統還沒有初始化IDE或者SCSI控制卡之前。所以，其?Linux在開機的時候是會自動?比出一個硬碟?淼摹

當沒Linux開機的時候，Linux會自動用ramdisk的功能，把一部分記憶體?比成一個硬碟。工作站的boot loader在開機時?能浀歇毴mage，然後後截入ramdisk，再把ramdisk的地址傳送給kernel. Kernel?膔amdisk讀取磁片控制卡的的資料，然後進行初始化，載入。這時候真正的物理硬碟才工作。一旦物理硬碟工作了，ramdisk就會被釋放。

Ramdisk提供所有Linux需要的磁片導向設備。所以說，一個系統只要有足夠的存放程式和device drive的記憶體。那么這個系統可以完全不需要硬碟。Saga Dreamcast就是在用ramdisk代替傳統硬碟的。



爲Saga打造Linux，你都需要些什么：

首先，你必須擁有一台電腦，這台電腦必須是Linux或者Unix-like的作業系統。你必須有root的許可權。

其次，你需要一台CD-R的讀寫器（Writer），讀寫器和燒錄程式必須要支援 multisession CD using CD/XA data track (mode 2, form 1)格式。其?大多數的CD-R writer和程式都支援個。要注意的是：Saga Dreamcast的GD-ROM驅動器不能讀取CD-RW，不過用CD-RW燒錄的CD-R是沒有問題的。也就是說，只能用CD-R的片子，不能用CD-RW.

最後，就是需要一些工具啦，這些工具基本上你在網上都能找得到的：

下面我也把link都給了出?

binutils-2.11.2.tar.gz -- The linker, assembler, and object management utilities.
gcc-3.0.1.tar.gz -- The GNU Compiler Collection. Contains the C/C++ compiler.
glibc-2.2.4.tar.gz -- The GNU C runtime library.
busybox-0.60.1.tar.gz -- Small, embedded versions of common Unix utilities.
kernel-sh-linux-dreamcast.tar.gz -- Linux kernel for the Dreamcast.
sh-boot-20010831-1455.tar.gz -- Linux bootloader for the Dreamcast.
binutils-2.11.2-sh-linux.diff -- Patches for binutils.
gcc-3.0.1-sh-linux.diff -- Patches for gcc.
glibc-2.2.4-sh-linux.diff -- Patches for glibc.
busybox-0.60.1-sh-linux.diff -- Patches for Busybox.
kernel-sh-linux-dreamcast.diff -- Patches for the Linux kernel.
sh-boot-20010831-1455.diff -- Patches for sh-boot.

　

打造我們需要的工具：

        想在Saga Dreamcast上運行Linux.第一步就是我們需要打造一些工具包括：cross assembler, linker, compiler, C runtime library。下面，我們就用這些工具打造出一個Saga Dreamcast用的作業系統，?K且在系統開機以後，運行一個簡單的shell。最後，我們把所有的東西方到一個ramdisk image裏。?K燒錄CD.



Build cress assembler, linker, and bootstrap compiler

        我們首先需要打造一個cross assembler和linker，然後是bootstrap compiler.用一個迷你的compiler可以打造runtime libraries和system kernels。但是不能打造應用程式。

首先，確定/usr/local/bin/有在PATH裏設定噢

login as root user,然後按照下面的script:

# export TARGET=sh4-linux                                               //這裏是設定環境變數

# export PREFIX=/usr/local                                                //這樣好處就是不用以後老打那么多字

# export PATH=${PATH}{PREFIX}/bin                        //結束

# tar xzf binutils-2.11.2.tar.gz     

# patch -p0 < binutils-2.11.2-sh-linux.diff

# mkdir -p build-binutils && cd build-binutils

# ../binutils-2.11.2/configure --target=$TARGET \

   --prefix=$PREFIX

# make all install

# cd ..



# tar xzf gcc-3.0.1.tar.gz

# patch -p0 < gcc-3.0.1-sh-linux.diff

# mkdir -p build-gcc && cd build-gcc

# ../gcc-3.0.1/configure \

   --target=$TARGET --prefix=$PREFIX \

   --without-headers --with-newlib \

   --disable-shared --enable-languages=c

# make all-gcc install-gcc

# cd ..



最後的可執行檔案在/usr/local/bin下面，名字是 sh4-linux-as, sh4-linux-ld.

用同樣的方法就可以build bootstrap compiler了。Bootstrap compiler也是在/usr/local/bin下面

執行檔案的名字叫做sh4-linux-gcc.

  

Configure the Kernel source:

這裏主要是要configure kernel的header file. 非常的簡單，不過請注意，這裏不要對選項做任何的修改。在menuconfig的時候，直接選擇Exit.（按一下鍵盤的箭頭右鍵，然後按enter就好了）

#tar vxf kernel-sh-linux-dreamcast.tar.gz

#path –p0 < kernel-sh-linux-dreamcast.diff

#cd kernel

# make ARCH=sh CROSS_COMPILE=sh4-linux- menuconfig

#cd ..



Building a runtime library

現在我們有了bootstrap compiler和一個設置適當的kernel了。我們現在可以開始build runtime library和header files了。我們使用的run-time library是GNU的glibc.這個library裏面有大家都熟悉的printf()之?的東西。同時還包含動態連接（dynamic linker）和其他的一些東西。

首先解壓縮，然後patch，接下?戆 Linux kernel的header files 拷?過去。?際上，我們需要調用make兩次?韇uild glibc. 第一次的時候，建立library,但是?K沒有安裝，第二次才是安裝library. Touch的命令?際上是爲了騙過glibc讓它以爲所有的東西都已經有了（?際上有些東西是我們不需要的）最後echo指令做了一個link libc.so

如果你在built完 binutils, bootstrap, gcc以後重新啓動過你的電腦（或者重新login過）那么你必須重新設定PATH，TARGET,PREFIX這三個變數才可以build gligc.

Glibc在build的時候可能花的時間會比較多。當然，主要也是看你的系統而定。不過到是可以利用現在這個時間休息一下，吃點東西，泡杯茶。

# tar xzf glibc-2.2.4.tar.gz

# patch -p0 < glibc-2.2.4-sh-linux.diff

# mkdir -p build-glibc && cd build-glibc

# mkdir -p ${PREFIX}/${TARGET}/include

# cp -r ../kernel/include/linux \

   ${PREFIX}/${TARGET}/include

# cp -r ../kernel/include/asm-sh \

   ${PREFIX}/${TARGET}/include/asm

# CC=sh4-linux-gcc ../glibc-2.2.4/configure \

   --host=$TARGET --prefix=$PREFIX \

   --disable-debug --disable-profile \

   --disable-sanity-checks \

   --with-headers=${PREFIX}/${TARGET}/include

# make

# touch iconv/iconv_prog login/pt_chown

# make install_root=${PREFIX}/${TARGET} \

   prefix="" install

# echo "GROUP ( libc.so.6 libc_nonshared.a )" \

    > ${PREFIX}/${TARGET}/lib/libc.so

# cd ..

  

Rebuild the cross compiler：

        在有了正確完善的header files和runtime library之後。我們現在可以build一個完整的c/c++ cross compiler.

# mkdir -p build-gcc2 && cd build-gcc2

# ../gcc-3.0.1/configure --target=$TARGET \

--prefix=$PREFIX --enable-languages=c,c++

# make all install

# cd ..

  

Building a Dreamcast Linux kernel

現在我們有了完整的跨平臺的toolchain了。現在到了該用到這些東西的時候了。前面我們已經把我們的linux的kernel爲Saga Dreamcast設置好了。現在只要compile和link kernel就好了。最後compile出?淼奈募叫做zImage，在kernel/arch/sh/boot/下面。這個文件是以個被壓縮了的kernel image.

以後，當你用這個kernel正常開機以後，你就可以隨意用menuconfig?碚{整kernel裏面的各種設置了。然後再recompile一下kernel就好了。

# cd kernel

# make ARCH=sh CROSS_COMPILE=sh4-linux- \

   clean dep zImage

# cd ..

  

Building a Saga Dreamcast Bootloader

當你有了一個正確的compiled kernel image.那么下一步我們就該做一個bootloader用?碓赟aga Dreamcast 開機的時候，把kernel載入到Saga Dreamcast的記憶體裏面去。

但是，現在還不行。還記得嗎，Saga Dreamcast的硬體載入一個單一的可執行的image到它的RAM裏面。這樣，除非應用程式知道如何與Saga Dreamcast的GD-ROM去溝通，不然就沒有辦法?腉D-ROM裏面讀去更多的新資料。我們使用的bootloader?K不知道如何?砀鶶aga Dreamcast的GD-ROM?頊贤āＫ晕ㄒ坏姆椒ň褪牵覀冊谝婚_始，就把所有需要的東西全部load進去：bootloader, kernel image, ramdisk image.

一旦所有的東西全部load進去，這時候，bootloader就需要分析記憶體，分清楚kernel和ramdisk image.。這就需要bootloader知道kernel和ramdisk的精確的大小。唯一的方法就是，當做好kernel和ramdisk以後，去計算他們的大小，然後在打造 bootloader的時候，把這些準確的資料提供給bootloader。(source code)

所以，我們現在先要去打造一個應用程式(shell)，然後再做一個大小合適的ramdisk給它。最後我們再回到Building Saga Dreamcast Bootloader這裏。

  

打造一個應用程式

        對Linux?碚f，也許最重要的一個應用程式就是Linux的shell了吧。沒有了shell，甚至不可能去載入其他的程式，不能mount設備，不能……

         如果你的Saga Dreamcast沒有鍵盤，那么你就沒有辦法享受Saga Dreamcast上的shell的那種感覺啦。因爲沒有鍵盤，你就沒有辦法輸入指令。

        打造一個shell的同時，shell也可以運行你在ramdisk裏面的程式或者script.當你能成功的在Saga Dreamcast上面運行一個shell，那么也就意味著你可以隨意的在Saga Dreamcast上面運行任何一個你想要運行的程式。

下面講述如何爲Saga Dreamcast build一個BusyBox . 在基本的Shell的基礎上，Busybox還提供了幾個很有用的工具：mount, ls and modprobe.

第一步先建立一個目錄叫做 initrd，包含了最初ramdisk的東西。PREFIX是爲了把Busybox安裝到正確的位置。DOSTATIC是告訴sh4-linux-gcc Busybox不要用shared libraries.因爲我們沒有安裝動態的linker (dynamic linker).

# mkdir -p initrd

# export INITRD=`pwd`/initrd

# tar xzf busybox-0.60.1.tar.gz

# patch -p0 < busybox-0.60.1-sh-linux.diff

# cd busybox-0.60.1

# make CROSS=sh4-linux- DOSTATIC=true \

    CFLAGS_EXTRA="-I ${PREFIX}/${TARGET}/include" \

    PREFIX=${INITRD} clean all install

# cd ..

你可以對Busybox做很多的改變，具體請看Config.h和libbb/libbb.h這兩個文件。



現在我們要在ramdisk上面做device nodes:

因爲ramdisk在Saga Dreamcast中，是扮演的root directory的腳色。所以上面必須有所有的kernel在運行中可能需要的東西。除了shell或者其他的應用程式，我們必須提供device nodes.這樣程式才能跟我們的硬體溝通。

在Saga Dreamcast中，只有一個真正的?質性的device node：/dev/console node.如果沒有這個node,那么文字程式將無法跟console device溝通。簡單的說，就是你看不到螢幕上的顯示。用下面的指令做出device node:

# mkdir -p ${INITRD}/dev

# mknod ${INITRD}/dev/console c 5 1

  

製作ramdisk image:

現在，我們已經製作好了ramdisk的directory了。接下?砦覀兙驮摪堰@個目錄製作成一個image file了。

# dd if=/dev/zero of=initrd.img bs=1k count=4096

# mke2fs -F -vm0 initrd.img

# mkdir initrd.dir

# mount -o loop initrd.img initrd.dir

# (cd initrd ; tar cf - .) | (cd initrd.dir ; tar xvf -)

# umount initrd.dir

# gzip -c -9 initrd.img > initrd.bin



製作bootloader:

Saga Dreamcast的bootloader是Hitachi SH的bootloader的一部分，叫做sh-boot。一些Saga Dreamcast的特定的code被放在sh-boot的目錄中。在子目錄tools/dreamcast中，包含Makefile用?硌u作bootloader的image檔案。另外還有一個script叫做roast.sh，可以用?硌u作一個包含Saga Dreamcast bootloader的boot CD。下面的指令將建立Saga Dreamcast的bootloader image:

# tar xzf sh-boot-20010831-1455.tar.gz

# patch -p0 < sh-boot-20010831-1455.diff

# cd sh-boot/tools/dreamcast

# cp ../../../kernel/arch/sh/boot/zImage ./zImage.bin

# cp ../../../initrd.bin .

# make scramble kernel-boot.bin

bootloader的image在這裏是文件kernel-boot.bin.這個文件包含了bootloader自己和前面我們做出?淼腖inux kernel還有ramdisk image.

  

製作Dreamcast Boot CD

現在只差最後一步了，那就是把kernel-boot.bin燒錄到CD上去。然後把CD放到Saga Dreamcast上。打開Saga Dreamcast的電源，你就可以看到你的kernel boot了。

前面提到過，sh-boot中有一個叫做roast.sh的script.這個script會幫助我們自動完成CD燒錄步驟。這個script首先把kernel-boot.bin改名爲1ST_READ.BIN（啓動檔案名紀錄爲IP.BIN）然後調用mkisofs?斫ㄔ煲粋ISO9660的文件系統image,最有用cdrecoder?頍汣D.

爲了能正確的使用這個script，在這個文件的最開始部分，你必須給cdrecoder設定一些東西，用以識別你的CD-R機器。

利用下面的指令的到你的CD-r driver的ID。然後把roast.sh中的”1,0,0”換成你的CD-R driver的正確的ID.

如果你的CD-R drive不是SCSI的。那么你需要用“ide-scsi”?碜鯯CSI的?比。也就是說把IDE的drive?比成SCSI?碛谩＝厝雐de-scsi這個module前，如果你進入了X-window，請記得推出X-window.

# modprobe ide-scsi

# cdrecord -scanbus

scsibus1: 1,0,0 100) 'PHILIPS ' 'PCRW804 ' ' 1.5' Removable CD-ROM

當設定好了一切以後，現在放入一片CD-R。?K且運行下面的script。當一切完成以後，你就可以把CD-R放到你的Saga Dreamcast裏面，打開電源，幾秒鐘以後，你就可以在你的Saga Dreamcast中運行Busybox shell啦。

# ./roast.sh kernel-boot.bin

   

後記

這篇文章講解了一些簡單的步驟?硌u作一個自己的嵌入式系統，包括打造一個cross compiler, GNU C runtime library, linux kernel, Busybox shell, ramdisk image。以及最後把所有的東西方到一起，燒錄出一片可以在Saga Dreamcast運行的CD.

這裏的一切都只是一個開始。嵌入式系統還有很多的東西等待你去發掘、探索。你可以把你的Busybox換掉，換成你自己寫的程式，或者?木W上找到其他的程式，也可以把你的Saga Dreamcast做成好象你的桌面型電腦一樣。給你的Saga Dreamcast加上Sega Broadband Adapter (Ethernet)這樣你可以用你的Saga Dreamcast上網遊覽，收郵件。也可以爲你的Saga Dreamcast加上一個RS232的serial port。這樣你就可以利用這個serial port?砀愕淖郎闲