Linuxin käynnistys sulautetussa järjestelmässä

Abstract

Tässä opinnäytetyössä esitellään Linuxin käynnistys sulautetuissa järjestelmissä, siihen tarvittavat ohjelmat ja niiden muokkaus omiin tarpeisiin. Työn on tarkoitus antaa lukijalle käsitys, mitä tapahtuu sähköjen kytkemisen ja Linuxin käynnistyksen välillä.

Aluksi tulee tietää tarkkaan, mitä alustaa käytetään. Esimerkiksi prosessorin arkkitehtuuri ja valmistaja, muistien tyypit ja koot ja käytettävät oheislaiteliitynnät tulee tietää. Kun käytettävä alusta tiedetään, voidaan pystyttää kehitysympäristö. Käyttöjärjestelmäksi suositellaan Linuxia. Windows-tietokoneella Linuxia voidaan käyttää virtuaali-koneella. Seuraavaksi ladataan ristikääntäjä, jolla voidaan kääntää työpöytä-Linuxilla kohdelaitteen koodi. Sitten voidaan ladata bootloadereiden ja Linuxin lähdekoodit.

Työssä käytetään esimerkkinä Atmelin SAMA5D3-mikrokontrolleria. Kyseinen mikro-kontrolleri etsii käynnistyessään siihen kytkettyjä massamuisteja ja muistin löytyessä etsii sieltä toisen vaiheen bootloaderia.

Toisen vaiheen bootloader AT91Bootstrap ajetaan mikrokontrollerin sisäiseltä SRAM-muistilta. Yksi bootstrapin tärkeimpiä tehtäviä on alustaa ulkoinen RAM-muisti, jonne se lataa kolmannen vaiheen bootloaderin. Bootstrapissa voidaan myös alustaa oheislaitteita, jotka täytyy alustaa mahdollisimman nopeasti sähköjen kytkeytymisen jälkeen.

Kolmannen vaiheen bootloader U-Boot ajetaan ulkoiselta RAM-muistilta. U-Boot alus-taa oheislaitteita kuten USB-väylän ja sillä voidaan ajaa ohjelmia, jotka halutaan suorittaa ennen Linuxin käynnistystä. Lopuksi U-Boot käynnistää Linuxin.

Ennen Linuxin kääntämistä tarvitsee konfiguraation lisäksi myös Device Treen tiedot tarkistaa. Lopuksi Linux käännetään sellaiseksi binääritiedostoksi, jonka U-Boot osaa käynnistää.

This thesis will show how to boot Linux in an embedded system and modify the used programs for different needs. This thesis is meant to give an insight on what happens between turning the power on and Linux booting.

Firstly the exact hardware that Linux will be run on needs to be known. For example, what architecture the CPU is using and who manufactured it needs to be known. In addition, what kinds of memories are attached to the CPU and what peripherals are used needs to be known. When all the details of the used hardware are known it is time to set up the development environment. Linux is recommended, but everything can be done on Windows operating system running Linux in a virtual machine. Next a cross compiler is needed so that the code compiled on desktop can be run on the target device. After that source code for bootloaders and Linux can be downloaded.

Atmel’s SAMA5D3 microcontroller was used as an example throughout the whole thesis. On power on this particular microcontroller is looking for any mass storage devices that are connected to it and when it finds one it will try to find a second level bootloader from it.

The second level bootloader AT91Bootstrap is run from the microcontroller’s internal SRAM. One of the most important bootstrap’s tasks is to initialize external RAM and load the third level bootloader into it. A bootstrap can also be used to initialize other peripherals that need to be initialized as soon as possible after power is turned on.

The third level bootloader U-Boot is run from the external RAM. U-Boot is responsible for a lot of initializations like USB. U-Boot can be used to run programs that need to run before loading Linux. Finally U-Boot loads and boots Linux.

Before compiling Linux the configuration and Device Tree should be checked to make sure they match the hardware. Then Linux can be compiled to an image that U-Boot can load.