在ARM9上安装Linux，利用SkyEye模拟器及U-BOOT引导

提示：本人在2008年进行Linux@ARM实验，在ARM9上安装Linux、利用SkyEye模拟器及U-BOOT引导。这是实验报告、以及实验过程中留下的记录，按日期倒序排列。

本文以CreativeCommons BY-NC 3.0协议授权

嵌入式系统作业二：Linux@ARM
5050369043 石君霄


一、实验环境
主机硬件：DELL INSPIRON 600m
操作系统：Ubuntu 8.04 Hardy
主机编译器：gcc 4.2.3
仿真环境：SkyEye 1.2.4
交叉编译器：arm-unknown-linux-gnu-gcc 3.4.5 with glibc 2.3.6

二、实验目标
安装SkyEye硬件仿真器，对arm920t处理器和Atmel AT91RM9200dk开发板进行仿真；
在仿真开发板上安装linux-2.6.25及BusyBox-1.9.2。

三、实验步骤
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#1 编译安装SkyEye

SkyEye是清华大学制作的一款开源硬件仿真器，支持ARM和BlackFin平台。
qemu只能仿真ARM的指令集，而SkyEye可以仿真整块开发板。

4月4日，我下载了SkyEye-1.2.4，下载地址是：


编译SkyEye的方法与普通Linux程序完全一致，应使用主机平台(i386)的编译器。
我使用的编译命令行是：
$ make STATIC=1 NO_DBCT=1 NO_LCD=1 NO_NET=1 NO_BFD=1
我指定了很多NO，禁止了不使用的功能，这有助于减少出错几率。

5月20日使用的skyeye.conf内容如下：
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
# yoursunny.com, 2008-05-14
# CreativeCommons BY-NC 3.0
cpu: arm920t
mach: at91rm92
# main memory, 32MB
mem_bank: map=M, type=RW, addr=0x20000000, size=0x02000000, file=./myimage, boot=yes
# defined in arch/arm/mach-at91/Makefile.boot
# kernel -> 20008000
# kernel param -> 20000100
# ramdisk -> 20410000
# IO ports of the board
mem_bank: map=I, type=RW, addr=0xfffa0000, size=0x00060000
uart: mod=stdio
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

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#2 获得交叉编译器

5月8日，我下载了一个二进制格式的交叉编译器，下载地址是：

这个编译器在i386平台上工作，能将代码编译为arm平台的目标代码。
在不加特别说明的情况下，后面的所有交叉编译操作都是使用这个交叉编译器完成。

5月21日，我尝试自己编译一套交叉编译器，但是没有成功。
这部分操作的详情，请看本文末尾。

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#3 编译Linux内核

5月8日，我下载了linux-2.6.25，下载地址是：


5月8日当天，我根据下列步骤尝试编译了Linux内核：
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
操作很简单的，kernel解压后在Documentation/arm/README可以找到说明：
1.打开顶层的Makefile，找到ARCH，改成ARCH=arm；
下面的CROSS_COMPILE写上编译器的路径，比如
CROSS_COMPILE=/usr/local/arm/bin/arm-unknown-linux-gnu-，
就是gcc可执行文件的绝对路径去掉最后的gcc
2.make config，出现数千个选项，
我找个东西压住键盘上的ENTER键，然后去喝杯茶，几分钟后接受了所有默认选择
3.make zImage，再喝杯茶，几分钟后完毕，
arch/arm/boot/zImage就是成品，1382436字节，压缩前的Image为2777632字节
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

当然，上述编译方法显然不是最优的，再随后的数十、上百次重新编译前，都进行了优化的配置：
$ sudo apt-get install libncruses5-dev #下载一个使用menuconfig所必须的组件
$ make menuconfig #这条命令会打开菜单式配置
改了很多地方
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
Global Setup
  Local version = -yoursunny #先给自己做个广告
  swap = N #嵌入式系统是不需要虚拟内存换出的
  initramfs/initrd support = Y #根文件系统，一定选上
Enable loadable module support = Y
Enable the block layer = Y #自动选上并锁定了
  Large Block Devices = N #一共才多大，没有超过2TB的块设备
  Large Single Files = N #一共才多大，没有超过2TB的文件
System Type
  ARM system type = Atmel AT91
  Atmel AT91 System-on-chip = AT91RM9200-DK
Bus Support
  PCCard = N #没有SD卡
Kernel Features #里面全不选
Boot options
  Default kernel command string #在后面不用U-Boot的情况下，这个非常有用
Userspace Binary formats
  ELF = Y
  a.out = Y
Power management options
  Power management = N
Networking
  Networking = N #编译SkyEye时已经禁止网络，这里开了也没用
Device Drivers #下面没提到的全部关闭
  Block Devices
    Loopback = Y #个人喜好
    RAM block device = Y #ramdisk，当然要！
  Character Devices
    Virtual terminal = Y #自动选上
    Serial Drivers
      AT91 on-chip serial port = Y #串口，不选就什么也看不到了
        console on AT91 serial port = Y
        DMA on AT91 serial port = Y
        install as ttyATn = Y
  Graphic
    Console display driver
      VGA text console = N #VGA是指PC显示器，无需开启，否则编译错误
File systems #下面没提到的全部关闭
  Misc
    Minix = Y #我就用了这一种
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#4 编译U-Boot

5月8日，我下载了U-Boot-1.3.2，下载地址是：
最初的编译步骤是
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
打开顶层的Makefile，找到对应arm平台的CROSS_COMPILE，写上编译器的路径
make at91rm9200dk_config，调用了AT91RM9200开发板的配置
make all，几分钟后完毕，u-boot.bin或u-boot就是成品，分别为96724字节、324517字节
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
但是，无论使用go命令还是bootm命令都不能正常调用Linux内核，看不见内核的任何输出

5月14日，了解到U-Boot只能识别uImage格式，又使用mkimage工具制作了uImage
../u-boot-1.3.2/tools/mkimage -A arm -O linux -T kernel -C none -a 20008000 -e 20008000 -n linux-2.6.25 -d ./zImage uImage
能够看见uncompressing linux，但是uncompress完毕后就停止了输出、没反应了

5月15日，我放弃了U-Boot，将内核参数直接编译进内核，直接引导Linux内核。
当时的记录文字（事实上当时已经创建了根文件系统，但是那个根文件系统有问题）：
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
我想到，能否不用U-Boot，直接引导Linux呢？
写了个SHELL脚本myimage.sh，创建一个32M的文件准备装载在0x20000000，然后把zImage或Image、initrd写在合适的位置。
[ 0.000000] Linux version 2.6.25yoursunny (sunny@hardy) (gcc version 3.4.5) #29 Thu May 15 21:22:46 CST 2008
[ 0.000000] CPU: ARM920T [41009200] revision 0 (ARMvundefined/unknown), cr=00003177
[ 0.000000] Machine: Atmel AT91RM9200-DK
内核参数只能在内核的menuconfig里指定，因为没有U-Boot给它传参数了：
[ 0.007812] Kernel command line: root=/dev/ram initrd=0x20410000,0x00100000 rw console=ttyS0 mem=32M init=/sbin/init
但是——
[ 10.007812] Failed to execute /sbin/init. Attempting defaults...
[ 10.039062] Kernel panic - not syncing: No init found. Try passing init= option to kernel.
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

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#5 编译BusyBox

5月8日，我下载了BusyBox-1.9.2，下载地址是：

（实际上是在4月4日下载的，当时1.10.0已出但标注了unstable；今天最新为1.10.2）

当时的编译过程
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1. 打开顶层的Makefile，ARCH=arm、CROSS_COMPILE=编译器的路径
2. make defconfig，默认配置
3. make，成品busybox，753072字节
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

后来又进行了menuconfig，只留下很少的功能，210.9KB

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#6 创建根文件系统

/dev/ram、loopback，方法很多，最终目标就是获得一个文件系统映像
由于这个工作一次成功很难，需要重复进行，所以我写了个脚本来完成这个操作：
下面是5月20日版本的initrd.sh：
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
#!/bin/sh
# script to create initrd ramdisk image

INITRD_FILE=~/study/IS222/m/initrd
INITRD_SIZE=4M
INITRD_GZ=~/study/IS222/m/initrd.gz
CPIO_FILE=~/study/IS222/m/initrd.cpio
INODE_COUNT=512
MNT_PATH=/mnt
BUSYBOX_PATH=~/study/IS222/busybox-1.9.2
LIB_PATH=/usr/local/arm/arm-unknown-linux-gnu/lib

echo /
echo Start creating initrd

# create any empty file
rm $INITRD_FILE
dd if=/dev/zero of=$INITRD_FILE bs=$INITRD_SIZE count=1
# create minix file system on this file
mkfs.minix -i $INODE_COUNT $INITRD_FILE
# mount as loopback disk
sudo mount -t minix -o loop $INITRD_FILE $MNT_PATH

# create devices
cd $MNT_PATH
mkdir dev
sudo mknod dev/console c 5 1
sudo mknod dev/kmem c 1 2
sudo mknod dev/mem c 1 1
sudo mknod dev/null c 1 3
sudo mknod dev/ram0 b 1 0
sudo mknod dev/ram b 1 0
sudo mknod dev/ttyAT0 c 204 154
sudo mknod dev/zero c 1 5
ln -s /proc/self/fd/0 dev/stdin
ln -s /proc/self/fd/1 dev/stdout
ln -s /proc/self/fd/2 dev/stderr

# install busybox
cd $BUSYBOX_PATH
make CONFIG_PREFIX=$MNT_PATH install

# create other directories
cd $MNT_PATH
mkdir mnt root var tmp proc boot etc lib
mkdir var/{lock,log,mail,run,spool}
# create /etc/inittab
touch etc/inittab
echo '::sysinit:/etc/init.d/rcS' >> etc/inittab
# create /etc/init.d/rcS
mkdir etc/init.d
touch etc/init.d/rcS
echo '#! /bin/sh' >> etc/init.d/rcS
echo 'export PATH=/bin:/sbin:/usr/sbin:/usr/bin' >> etc/init.d/rcS
echo 'mount -t proc proc /proc' >> etc/init.d/rcS
echo 'echo yoursunny Linux@ARM project, 2008-05-19' >> etc/init.d/rcS
echo '/bin/sh' >> etc/init.d/rcS
chmod 755 etc/init.d/rcS
# create /etc/passwd,group,shadow
touch etc/passwd
echo 'root:x:0:0:yoursunny.com:/root:/bin/sh' >> etc/passwd
chmod 644 etc/passwd
touch etc/group
echo 'root:x:0:root' >> etc/group
chmod 644 etc/group
touch etc/shadow
echo 'root::0:0:99999:7:::' >> etc/shadow # no password required, and password never expires
chmod 640 etc/shadow
# create /etc/busybox.conf
touch etc/busybox.conf

# copy libs required by busybox `arm-unknown-linux-gnu-readelf -a busybox | grep Shared`
cd $MNT_PATH
cp $LIB_PATH/ld-2.3.6.so lib/
ln lib/ld-2.3.6.so lib/ld-linux.so.2
ln lib/ld-2.3.6.so lib/ld-linux.so
ln lib/ld-2.3.6.so lib/ld.so
cp $LIB_PATH/libc-2.3.6.so lib/
ln lib/libc-2.3.6.so lib/libc.so.6
ln lib/libc-2.3.6.so lib/libc.so

unlink $MNT_PATH/sbin/init
cp /home/sunny/study/IS222/m/helloworld $MNT_PATH/sbin/init

# chown
sudo chown root:root -R $MNT_PATH/*

# umount & gzip
cd /
find $MNT_PATH | cpio --quiet -H newc -o | gzip -9 -n > $CPIO_FILE
sudo umount $MNT_PATH
gzip -c $INITRD_FILE > $INITRD_GZ

# done
echo Done creating initrd
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
使用shell脚本可以极大的提高工作效率。
上述脚本可以一次生成三个格式的根文件系统：initrd,initrd.gz,cpio(initramfs)
三个格式都是可用的。其中initrd无需解压，启动速度最快。

有很多资料仅仅提及copy files into dev bin sbin ...
这些复制操作用BusyBox的安装可以很轻易完成。
特别重要的是这几个文件：
/etc/inittab
/etc/init.d/rcS
BusyBox中登录相关的组件（getty、login）我没有选择，
因为我从未见过手机上弹出“linux login”。
我曾经选择过login，所以在根文件系统还需要创建：
/etc/passwd
/etc/group
/etc/shadow
上述文件，我的脚本里都创建了。

5月15日的init not found问题，原因是没有加入lib目录。
如果BusyBox是动态链接的，必须把交叉编译器目录内的.so库文件复制入initrd。
用以下命令可以看出BusyBox可执行文件所依赖的库：
arm-unknown-linux-gnu-readelf -a busybox | grep Shared
看到的曾经有libcrypt，后来关闭shadow密码支持后就不再需要。
libc总是需要的，要照原样复制进去、做好符号链接。
5月19日看到，ld这个库也必须加进去，否则程序也是无法执行的。

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#7 产生“myimage”

5月15日我放弃了U-Boot，而内核与initrd必须位于同一bank；
我使用了一个“myimage”文件，将Image与initrd安排在合适的位置；
myimage是使用下列myimage.sh脚本创建的：
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
#!/bin/sh
# create a image to put at 0x20000000
rm ./myimage
# 0x20000000 ~ 0x22000000 empty
dd if=/dev/zero of=./myimage bs=4096 count=8192
# 0x20008000 zImage
cp /sunny/linux-2.6.25/arch/arm/boot/Image ./Image
dd if=./Image of=./myimage bs=4096 conv=notrunc seek=8
# 0x20410000 initrd
dd if=./initrd of=./myimage bs=4096 conv=notrunc seek=1040
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

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#8 运行 -> 失败

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
sunny@hardy:~/study/IS222/m$ ./skyeye
big_endian is false. #这里是SkyEye的输出
arch: arm
cpu info: armv4, arm920t, 41009200, ff00fff0, 2
mach info: name at91rm92, mach_init addr 0x805a8b0
uart_mod:0, desc_in:, desc_out:, converter:
SKYEYE: use arm920t mmu ops
Loaded RAM ./myimage
start addr is set to 0x20000000 by exec file.
# 这里开始是Linux内核的输出
Linux version 2.6.25-yoursunny (sunny@hardy) (gcc version 3.4.1) #88 Wed May 21 18:22:23 CST 2008
CPU: ARM920T [41009200] revision 0 (ARMvundefined/unknown), cr=00003177
Machine: Atmel AT91RM9200-DK
Warning: bad configuration page, trying to continue #内核没找到参数
# 初始化内存、CPU，省略
Kernel command line: root=/dev/ram0 rw initrd=0x20410000,0x00400000 console=ttyAT0 mem=32M@0x20000000
# 上面这行是编译内核时指定的内核启动命令行参数
Division by zero in kernel.
Division by zero in kernel.
# 在uart_get_divisor里有除零错，这种错误有好几个；据说是SkyEye的bug
console [ttyAT0] enabled #初始化串口，作为控制台
Dentry cache hash table entries: 4096 (order: 2, 16384 bytes)
Inode-cache hash table entries: 2048 (order: 1, 8192 bytes)
Memory: 32MB = 32MB total #内存也认识了
Memory: 26940KB available (1216K code, 111K data, 80K init)
Mount-cache hash table entries: 512
CPU: Testing write buffer coherency: ok
checking if image is initramfs...it isn't (bad gzip magic numbers); looks like an initrd
Freeing initrd memory: 4096K #为initrd准备内存
# 此处有删节
at91_spi: Baud rate set to 16384
# 这里的问题很严重，地址不对，后面我会说明
atmel_usart.0: ttyAT0 at MMIO 0xfefff200 (irq = 1) is a ATMEL_SERIAL
atmel_usart.1: ttyAT1 at MMIO 0xfffc4000 (irq = 7) is a ATMEL_SERIAL
# 此处有删节
RAMDISK: Minix filesystem found at block 0 #找到了根文件系统
RAMDISK: Loading 4096KiB [1 disk] into ram disk... done.
VFS: Mounted root (minix filesystem).
Freeing init memory: 80K
Division by zero in kernel.
Division by zero in kernel.
# 下面4行是我修改了内核代码输出的，后面我会说明
/sbin/init - do_execve
/etc/init.d/rcS - do_execve
/bin/mount - do_execve
/bin/sh - do_execve
# 停在这里，再也没有反应
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

看不到shell或login，所以实验没能成功。
从5月15日到21日，我一直在尝试解决这个问题，但是没能解决。

这个问题的可能原因是：

[A] init文件找不到
我阅读了内核源码，在其中插入printk打印调试信息，以跟踪内核执行流程。
在跟踪中，我观察到内核的执行情况：
init/main.c，init_post函数，run_init_process("/sbin/init");不再返回。
如果/sbin/init文件没有找到，理应继续寻找/etc/init，最终panic。
run_init_process("/sbin/init");后面插入的printk看不到，证明init已找到。

[B] init文件没有启动成功
run_init_process函数调用了kernel_execve，位于arch/arm/kernel/sys_arm.c
函数里有一段汇编代码，汇编之前的printk可以看到，之后的看不到；
注释也指出，成功情况下，这段汇编是不会返回的，会跳转到用户态。
汇编我看不懂，但里面明显有一个ret_to_user符号，
grep之，在arch/arm/kernel/entry-common.S找到了。
http://hi.baidu.com/qjw1226/blog/item/5f5c97fc97f0c780b801a001.html
这篇文章指出ret_to_user是用于系统调用后从内核态返回用户态、并包含进程调度功能

[C] BusyBox有问题
BusyBox的FAQ指出：
写一个静态链接的hello world作为init，如果看不到打印的消息，
就先不要责怪BusyBox有问题；我根据提示尝试了，确实没能看到hello world。
我的hello world没有输出任何消息；如果里面没有写漫长的sleep，
那么就会在一段时间以后出现panic: attempt to kill init
网上资料说看到这个panic表示hello world已经执行完毕

[D] 判断进程是否能启动
我的/etc/init.d/rcS里调用了mount命令，会产生进程。
在kernel的fs/exec.c的do_execve函数/* execve success */后面插入：
printk(filename);
printk(" - do_execve\n");
能够看到
/sbin/init - do_execve
/etc/init.d/rcS - do_execve
/bin/mount - do_execve
/bin/sh - do_execve
这些信息告诉我，进程都能执行并工作（否则mount不会被调用）
但是shell的输出没有到达ttyAT0这个串口上、而是输出到了其他地方。

[E] 串口问题
很怀疑问题出在串口上
SkyEye的arch/arm/mach/at91rm92.h
#define AT91RM92_UART_BASE (0xfffc0000)
但是内核启动时输出了
atmel_usart.0: ttyAT0 at MMIO 0xfefff200 (irq = 1) is a ATMEL_SERIAL
atmel_usart.1: ttyAT1 at MMIO 0xfffc4000 (irq = 7) is a ATMEL_SERIAL
地址不一致。
可是下面两个事实让我认为这两个地址是虚拟地址而不是物理地址，从而没有问题：
1.0xf2fff200、0xfffc4000两个地址上没有bank，却没有引起SkyEye报错
2.内核的printk可以正常工作

[F] /dev目录的问题
/dev/console /dev/ttyAT0都已经正确创建了，我检查过很多次
sudo mknod dev/console c 5 1
sudo mknod dev/ttyAT0 c 204 154

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四、感想、收获、体会

这个项目没有成功，但是让我学到了：

[A] linux 2.6内核
在解决问题的过程中，我阅读了部分linux内核代码，了解了linux内核代码的基本结构和风格。

[B] GNU工具链构建
5月21日，我为了验证问题是否由编译器造成，尝试编译了GNU工具链，不过没有成功。
在本文随附的html文件中，详细给出了我尝试编译GNU工具链的过程。

[C] mkfs、mount等文件系统命令的使用
在构建initrd过程中（以及5月21日解决主机磁盘不足，见html），
我学会了mkfs、mount等文件系统命令的使用。

[D] 耐心
这个项目花了很多时间，从html文件的记录看，总共7次，每次在4~10个小时。
我认为，自己耐心制作，即使没有成功，也比获取一个去年的实验报告改头换面要有用得多。
如果拿别人的报告来充数，是无法获得这里的A~D的，而只能获得“[Z]文章修订技巧”。

五、参考资料

这个项目的制作过程中，参考了大量的资料。
参考资料的链接已在html文件中给出。


5050369043石君霄 2008-05-21

后面是实验过程中的日记。

2008-05-21 玩转工具链 -> 宣告失败
根据昨天的计划，开始重新编译最新版的binutils、arm-linux-gcc和glibc。
一个很严重的问题是——我的磁盘空间不足了。直接使用Windows分区不是个好主意——那样会造成所有文件都变成777属性，看起来很不舒服；用loop设备的方法会好一点。创建loop设备并挂载文件系统的方法：

1. 先挂载上Windows分区，然后cd到此分区的某个目录
2. dd if=/dev/zero of=./gccdisk bs=1k count=1M，创建1G的空白文件
   mkfs.ext3 -i 40000 ./gccdisk，在这个文件中创建ext3文件系统
3. sudo mount -o loop ./gccdisk /sunny/gccdisk，挂载loop文件系统。
4. 根据需要用ln -s创建符号连接
   

编译还需要lex和yacc的支持，Ubuntu源里没有，说sudo apt-get install flex bison，果然安装上了。


正式开始编译！
$ export TARGET=arm-linux
$ export PREFIX=/sunny/gccdisk
$ export TARGET_PREFIX=/sunny/gccdisk/arm-linux

跳过了kernel的menuconfig，因为已经做过了；准备好内核头文件
$ cd linux-2.6.25
$ mkdir -p $TARGET_PREFIX/include
$ cp -r include/linux/ $TARGET_PREFIX/include
$ cp -r include/asm-arm/ $TARGET_PREFIX/include/asm
$ cp -r include/asm-generic/ $TARGET_PREFIX/include

开始编译binutils
$ tar -xzf binutils-2.9.1.tar.gz
$ cd ../binutils-2.9.1
$ ./configure --target=$TARGET --prefix=$PREFIX
出现错误：*** BFD does not support target arm-unknown-linux-gnu.
打开bfd/config.bfd一看，对arm只支持这些格式：  arm-*-riscix*、arm-*-pe*、arm-*-aout、arm-*-coff，退而求其次，换a.out吧
$ export TARGET=arm-linux-aout
$ export TARGET_PREFIX=/sunny/gccdisk/arm-linux-aout
$ mv $PREFIX/arm-linux $PREFIX/arm-linux-aout
$ ./configure --target=$TARGET --prefix=$PREFIX
creating Makefile成功
$ make
提示libiberty/strerror.c有错，与Ubuntu的头文件定义不一致；在#ifdef NEED_sys_errlist前把这个名称#undef掉，然后#else里的sys_errlist类型改成和Ubuntu头文件一致
$ make
提示libiberty/cplus-dem.c有错，malloc，参考/usr/include/malloc.h改成void *malloc (size_t __size);通过。
$ make
没看到错误提示，估计是成功了
$ make install
打开/sunny/gccdisk一看，出现了很多可执行文件，成功
$ cd ..

开始编译gcc
$ mkdir $PREFIX/gcc-4.3.0
$ ln -l $PREFIX/gcc-4.3.0 gcc-4.3.0
上面两步纯粹为了解决磁盘空间不足问题，不是必须步骤
$ tar -xjf gcc-core-4.3.0.tar.bz2
$ tar -xjf gcc-g++-4.3.0.tar.bz2
如果磁盘足够，可以直接使用gcc-4.3.0.tar.bz2；我不需要java、ada之类的，所以就只要C和C++就行了
由于C++编译器依赖于glibc，现在只能先编译C编译器
$ cd gcc-4.3.0
$ ./configure --target=$TARGET --prefix=$PREFIX --without-headers --with-newlib --enable-languages=c
还缺东西：Building GCC requires and .
$ sudo apt-get install libmpfr-dev
mpfr的网站打不开，在谷歌快照里看到了“debian package”，Ubuntu的源里也有这个package
$ ./configure --target=$TARGET --prefix=$PREFIX --without-headers --with-newlib --enable-languages=c
$ make
这个郁闷了：*** Configuration arm-linux-aout not supported；返回arm-linux目标吧
$ export TARGET=arm-linux
$ export TARGET_PREFIX=/sunny/gccdisk/arm-linux
$ ln -s $PREFIX/arm-linux-aout $TARGET_PREFIX
$ ./configure --target=$TARGET --prefix=$PREFIX --without-headers --with-newlib --enable-languages=c
$ make
10分钟后——checking for suffix of object files... configure: error: cannot compute suffix of object files: cannot compile
仔细看看那本Building Embedded Linux System.chm，原来是make目标错了
$ make all-gcc
$ make install-gcc
迅速成功，/sunny/gccdisk/bin出现了可爱的gcc
$ cd ..

下一步是glibc
$ mkdir $PREFIX/glibc-2.7
$ ln -s $PREFIX/glibc-2.7 glibc-2.7
$ tar -xjf glibc-2.7.tar.gz
$ mkdir build
$ cd build
$ CC=$PREFIX/arm-linux/bin/gcc ../configure --host=$TARGET --prefix=$PREFIX --enable-add-ons --with-headers=$TARGET_PREFIX/include
好像不行：checking sysdep dirs... configure: error: The arm is not supported.
看到sysdeps/目录里确实没有arm目录
继续搜索，了解到需要glibc-ports-2.7
$ cd ..
$ wget
$ tar -xjf glibc-ports-2.7
$ CC=$PREFIX/arm-linux/bin/gcc ../configure --host=$TARGET --prefix=$PREFIX --enable-add-ons=../glibc-ports-2.7 --with-headers=$TARGET_PREFIX/include
编译失败，config.log里说ccl找不到；我在$PREFIX/libexec/gcc/arm-linux/4.3.0找到了ccl这个文件，加入path里
$ PATH=$PREFIX/libexec/gcc/arm-linux/4.3.0:$PATH CC=$PREFIX/arm-linux/bin/gcc AR=$PREFIX/bin/arm-linux-aout-ar RANLIB=$PREFIX/bin/arm-linux-aout-ranlib AS=$PREFIX/bin/arm-linux-aout-as LD=$PREFIX/bin/arm-linux-aout-ld ../configure --host=$TARGET --prefix=$PREFIX --enable-add-ons=../glibc-ports-2.7 --with-headers=$TARGET_PREFIX/include
还是失败，config.log说Error: too many memory references for `mov'，看起来是x86汇编……
$ cd ../..

暂时没有解决方案，试试uClibc吧
$ export CROSS=$PREFIX/bin/arm-linux-
$ ln -s $CROSS'aout-ar' $CROSS'ar'
$ ln -s $CROSS'aout-as' $CROSS'as'
$ ln -s $CROSS'aout-ld' $CROSS'ld'
$ ln -s $CROSS'aout-objcopy' $CROSS'objcopy'
$ ln -s $CROSS'aout-objdump' $CROSS'objdump'
$ ln -s $CROSS'aout-ranlib' $CROSS'ranlib'
$ ln -s $CROSS'aout-strip' $CROSS'strip'
先用符号链接统一一下“arm-linux-aout”与“arm-linux”的区别（binutils留下的怪事～）
$ tar -xjf uClibc-0.9.29.tar.bz2
$ cd uClibc-0.9.29
$ make CROSS=$CROSS defconfig
$ make CROSS=$CROSS menuconfig
修改arm、arm920t、little endian、kernel header location、cross等
$ make
提示错误：Error: Unknown pseudo-op:  `.section'
看起来还是我的编译器有问题！！！！！

体验了编译工具链之后，到这里无法继续。指 出：“Linux 2.6.14 compiles with the 3.4.1 tool chain. It failed with 3.3.2.”，也就是说最新版本的编译器有时候就是会出奇怪问题——特别是我把elf、aout混合使用，天知道会发生什么……

下载了一个
修改kernel、BusyBox等的Makefile，指向新的编译器。make clean、make。
但是——shell还是不理我，呜呜呜……
（另外发现，用下载来的新编译器产生的helloworld，file命令还是看到for GNU/Linux 2.4.3）

时间不多了，我决定尝试另一个版本：。
首先修改顶层Makefile的ARCH、CROSS_COMPILE；居然不支持make defconfig，且make menuconfig会出错……只好老老实实make config，后面也可以vi .config修改少量配置。
make dep也会出错，arch/arm/Makefile里的-mshort-load-bytes删掉即可。
$ make

• blkpg.c:252: error: asm-specifier for variable `__r1' conflicts with asm clobber list
  rd.c:306: error: asm-specifier for variable `__r1' conflicts with asm clobber list
  loop.c:903: error: asm-specifier for variable `__r1' conflicts with asm clobber list
  不是64位，BLKGETSIZE64一般也不会用到，注释掉
• /sunny/linux-2.4.36.4/include/asm/keyboard.h:68:31: asm/arch/keyboard.h: No such file or directory
  SkyEye虚拟开发板上不需要键盘，所以touch include/asm/arch/keyboard.h创建一个空文件
• filemap.c:1948: error: asm-specifier for variable `__r1' conflicts with asm clobber list
  这次是sys_sendfile64函数，怎么又是64位的东西？
• core.c:176: error: `MACH_TYPE_AT91RM9200' undeclared here (not in a function)
  别处都是MACH_TYPE_AT91RM9200DK，这儿却丢了DK二字，在include/asm/mach-types.h定义一下吧
• cc1: error: invalid option `no-fpu'
  arch/arm/Makefile，删去-mno-fpu
  

Generating arch/arm/vmlinux.lds——终于通过了编译阶段，到了ld；错误更多了，都是undefined reference……

又是内核的问题，无法解决，放弃……用原来的那个编译器尝试，问题依旧
我不想继续这个项目，下面开始整理代码、写报告
2008-05-20 shell不理人，解决不了吗？
继续分析了昨天最后遇到的kernel_execve函数，汇编最后一行是b ret_to_user。这个符号定义于arch/arm/kernel/entry-common.S，这篇文章指 出它是用于系统调用后从内核态返回用户态、并包含进程调度功能。从昨天的一部分输出看，为了执行/etc/init.d/rcS里的shell脚本，内核 创建了sh进程；rcS里写个mount命令，内核就会创建mount进程——这意味着，ret_to_user没有问题，用户态程序能够获得控制权。
我估计，存在的问题是，shell的输出没有到达ttyS0这个串口上、而是输出到了其他地方。指出，写一个静态链接的hello world作为init，如果看不到打印的消息，就先不要责怪BusyBox有问题；我根据提示尝试了，确实没能看到hello world。

又一次开始狂翻邮件列表

• 的问题和我很像
  In short, if you use buildroot , you will not be able to see any login prompt!
  解决方法是：
  Make sure your /dev directory contain reasonable files such as /dev/console /dev/stdin /dev/sdtout
  我没有用buildroot也没有用uClibc，但是我仍然根据提示建立了/dev/stdin、stdout、stderr三个符号链接。
  没有解决我的问题。
  
• 看见了“maxim's patch”，搜索之——是上提供的内核补丁（arm linux已经集成于内核、不需要自己patch，但是at91开发板还是需要对内核进行小小的修改）。patch -p0 -i 2.6.25-at91.pathc，打上补丁（patch的用法看这里）。
  没有解决我的问题。
  

用file命令发现我用的交叉gcc、glibc都是for GNU/Linux 2.4.3，难道是这个问题？下载了binutils、gcc、glibc源码，打算重新编译。comic上（仅限校内访问，用xchm打开观看）。
2008-05-19 shell，你能听到我吗？ 事实上，15日最终的配置，init就是不能启动的：把libc、libcrypt复制进去还不够，还需要ld才能这个库，init才能启动。
于是——内核执行到达run_init_process("/sbin/init")后（在内核代码中插入printk可以看出），就不再输出任何东西了。
一步步阅读内核源码、在适当位置插入printk，发现BusyBox的init要读取/etc/inittab、并执行/etc/init.d/rcS，而我的initrd里没有这两个文件；参考网上资料建立之。
现在的问题是，从插入的printk输出中已经看出，内核已经能正确读取initrd的内容、开始加载进程。从init/main.c的 run_init_process调用了arch/arm/kernel/sys_arm.c的kernel_execve函数，进入里面的汇编代码后就 没出来；暂不理解这段汇编的含义。我看不到shell的任何输出。
2008-05-15 直接引导，可以吗？ 查看了Linux kernel的arch/arm/mach-at91/Makefile.boot文件：

   zreladdr-y    := 0x20008000
params_phys-y    := 0x20000100
initrd_phys-y    := 0x20410000

莫非这就是内核应该载入的物理地址、以及默认寻找initrd的物理地址？
把uImage的载入的地址修改成上述地址，但还是在uncompress完毕后停住
$ ../u-boot-1.3.2/tools/mkimage -A arm -O linux -T kernel -C none -a 20008000 -e 20008000 -n linux-2.6.25 -d ./zImage uImage
$ ../u-boot-1.3.2/tools/mkimage -A arm -O linux -T ramdisk -C none -a 20410000 -e 20410000 -n linux-2.6.25-initrd -d ./initrd initrd.u

我想到，能否不用U-Boot，直接引导Linux呢？
写了个SHELL脚本myimage.sh，创建一个32M的文件准备装载在0x20000000，然后把zImage或Image、initrd写在合适的位置。
[    0.000000] Linux version 2.6.25yoursunny (sunny@hardy) (gcc version 3.4.5) #29 Thu May 15 21:22:46 CST 2008
[    0.000000] CPU: ARM920T [41009200] revision 0 (ARMvundefined/unknown), cr=00003177
[    0.000000] Machine: Atmel AT91RM9200-DK
内核参数只能在内核的menuconfig里指定，因为没有U-Boot给它传参数了：
[    0.007812] Kernel command line: root=/dev/ram initrd=0x20410000,0x00100000 rw console=ttyS0 mem=32M init=/sbin/init
但是——
[   10.007812] Failed to execute /sbin/init.  Attempting defaults...
[   10.039062] Kernel panic - not syncing: No init found.  Try passing init= option to kernel.

在看到，BusyBox可能有外部依赖，用readelf一看，果然：
$ /usr/local/arm/bin/arm-unknown-linux-gnu-readelf -a ~/study/IS222/busybox-1.9.2/busybox | grep Shared
 0x00000001 (NEEDED)                     Shared library: [libcrypt.so.1]
 0x00000001 (NEEDED)                     Shared library: [libm.so.6]
 0x00000001 (NEEDED)                     Shared library: [libc.so.6]
修改initrd.sh脚本，把这3个lib也cp进去、且内核menuconfig支持so模块，/sbin/init就能够启动了
但是——
[   18.546875] attempt to access beyond end of device
[   18.554687] ram0: rw=0, want=3408159018, limit=8192
[   18.562500] Buffer I/O error on device ram0, logical block 3851563156
发现是内核启动参数initrd忘了改，改为initrd=0x20410000,0x00400000，那个No init found的老毛病又来了。sigh~

2008-05-14 U-Boot引导Linux 盲目中试了很多次go c0000000（我在这个地址载入了linux内核的zImage），总是出错、SKYEYE提示no bank。

看了资料，说U-Boot应该使用uImage格式、而不是zImage或vmlinux或Image，用mkimage命令可以制作zImage。
还写了个SHELL脚本initrd.sh，自动创建initrd：dd一个1M的空文件，mount成loopback设备，在里面mknod一些dev，将busybox安装进去，然后umount。
运行！在uncompress kernel完毕booting the kernel时，就停住了，什么反应也没有。不知如何解决……

今天查看的主要资料：

2008-05-08 编译Linux Kernel、U-Boot、BusyBox 主机重装了，Ubuntu Hardy、gnome，用alternate光盘安装的，而且专门做了ext3的分区，不再使用NTFS+Wubi。

今天编译了 ，用的编译器是；是的，我总是热衷于最新的平台。
操作很简单的，kernel解压后在Documentation/arm/README可以找到说明：

1. 打开顶层的Makefile，找到ARCH，改成ARCH=arm；下面的CROSS_COMPILE写上编译器的路径，比如 CROSS_COMPILE=/usr/local/arm/bin/arm-unknown-linux-gnu-，就是gcc可执行文件的绝对路径去 掉最后的gcc
2. make config，出现数千个选项，我找个东西压住键盘上的ENTER键，然后去喝杯茶，几分钟后接受了所有默认选择
3. make zImage，再喝杯茶，几分钟后完毕，arch/arm/boot/zImage就是成品，1382436字节，压缩前的Image为2777632字节
   

还有u-boot-1.3.2，README有说明，同样很简单：

1. 打开顶层的Makefile，找到对应arm平台的CROSS_COMPILE，写上编译器的路径
2. make at91rm9200dk_config，调用了AT91RM9200开发板的配置
3. make all，几分钟后完毕，u-boot.bin或u-boot就是成品，分别为96724字节、324517字节
   

busybox-1.9.2

1. 打开顶层的Makefile，ARCH=arm、CROSS_COMPILE=编译器的路径
2. make defconfig，默认配置
   
3. make，成品busybox，753072字节

目前只有U-Boot能运行，根据一次成功。