Linux 移植手册
Linux 系统因其开源、灵活和高度可定制性，被广泛应用于嵌入式设备、服务器、物联网终端等多种场景，将 Linux 移植到新的硬件平台是一项复杂但系统化的工程，涉及硬件适配、内核配置、驱动开发、文件系统构建等多个环节，本手册将从准备工作到系统验证，详细梳理 Linux 移植的核心步骤与关键注意事项，为开发者提供清晰的实践指南。
移植前的准备工作
在启动 Linux 移植项目前，充分的准备工作是确保移植过程顺利的基础，需要明确目标硬件平台的 specifications，包括处理器架构（如 ARM、x86、RISC-V）、主频、内存大小及类型、存储介质（如 eMMC、NAND Flash、SD 卡）以及外设接口（如 UART、I2C、SPI、USB 等），硬件手册和数据手册是不可或缺的参考资料，需仔细研读以理解硬件寄存器配置、引脚复用功能及初始化流程。
选择合适的 Linux 内核版本至关重要，建议优先选用目标硬件厂商提供的官方支持内核或 Long Term Support（LTS）版本，这类内核通常包含对主流硬件的良好支持，且社区维护稳定，需确认交叉编译工具链的兼容性，工具链需与目标架构匹配（如 arm-linux-gnueabihf 用于 ARMv7 架构），并确保其版本与内核版本一致，以避免编译兼容性问题。
搭建开发环境是必要步骤，在宿主机（如 Ubuntu、CentOS）上安装必要的编译工具（如 gcc、make、binutils）、版本控制工具（git）及内核调试工具（如 gdb、kgdb），建议使用虚拟机或 Docker 容器隔离开发环境，避免宿主机环境差异对移植过程造成干扰。
内核配置与编译
内核是 Linux 系统的核心，其配置与编译是移植工作的重中之重，获取内核源码并解压，可通过 git clone 官方仓库或使用厂商提供的预配置内核，进入内核源码目录后，执行 make menuconfig 启动图形化配置界面，或直接使用厂商提供的 .config 文件作为基础模板。
配置内核时，需重点关注以下内容：
- 处理器架构与类型：在 “System Type” 选项中选择目标架构（如 ARM）及具体处理器型号（如 ARMv7）。
- 设备树支持：启用 “Device Tree Support” 并配置目标硬件的设备树文件（
.dts），设备树是描述硬件拓扑结构的关键文件，需根据硬件手册修改节点、寄存器地址及中断号。 - 驱动程序：根据硬件外设情况，启用或禁用对应驱动，如串口驱动（UART）、存储驱动（MMC、NVMe）、网络驱动（Ethernet、Wi-Fi）等，对于不支持的驱动，需后续自行开发。
- 文件系统支持：选择合适的文件系统类型，如 ext4、jffs2 或 ubifs，并启用相关编译选项。
配置完成后，执行 make -j$(nproc) 进行编译，-j 参数可利用多核加速编译，编译成功后，会在 arch/<arch>/boot/ 目录下生成内核镜像（如 zImage、uImage）及设备树文件（.dtb），若编译失败，需检查日志中的错误信息，常见问题包括依赖库缺失、配置选项冲突或硬件参数错误。
引导加载程序（Bootloader）移植
引导加载程序是硬件加电后运行的第一段代码，负责初始化硬件、加载内核并启动系统，常见的 Bootloader 包括 U-Boot、GRUB 及 Barebox，U-Boot 因其开源、跨平台特性被广泛使用，移植 U-Boot 需以下步骤：
- 获取 U-Boot 源码：从 U-Boot 官方仓库或厂商分支获取代码，并选择与目标硬件接近的板级支持包（BSP）作为基础。
- 配置 U-Boot：执行
make <board_name>_defconfig加载默认配置，或使用make menuconfig手动调整配置，包括串口波特率、启动方式（如从 SD 卡、eMMC 启动）、内核及设备树加载地址等。 - 修改硬件初始化代码：根据目标硬件手册，调整
board_init()函数中的时钟配置、内存控制器初始化及外设引脚复用设置。 - 编译与烧录：执行
make -j$(nproc)编译 U-Boot，生成可执行文件（如 u-boot.bin），通过 JTAG、SD 卡或烧录工具将 U-Boot 写入存储介质的起始位置。
U-Boot 移植后，需验证其是否能正确识别硬件、加载内核镜像及设备树，可通过 U-Boot 的命令行接口（CLI）执行 printenv 查看环境变量，或使用 fatload、bootm 等命令手动测试启动流程。
设备树（Device Tree）开发
设备树是 Linux 内核与硬件平台之间的“桥梁”，其作用是描述硬件资源的分配与拓扑结构，对于新硬件平台，通常需要编写或修改设备树文件（.dts），设备树开发的核心步骤如下：
- 确定根节点：在
dts文件中定义根节点 ，并指定兼容的板级名称（如 compatible = “vendor,board-name”）。 - 添加 CPU/内存节点：描述处理器的类型、主频及内存基地址和大小，需与硬件手册中的内存映射一致。
- 配置外设节点：为每个外设（如 UART、I2C 控制器、GPIO 控制器）定义节点，包括寄存器地址、中断号、时钟频率及引脚复用配置，UART 节点需指定寄存器基地址、中断号及时钟频率。
- 编译设备树：使用内核提供的
dtc工具将.dts文件编译为.dtb文件，并确保其与内核版本匹配。
设备树编写完成后，需在内核启动时通过 Bootloader 加载，可通过 U-Boot 的 fdtaddr 和 bootargs 环境变量指定设备树地址及启动参数（如 console=ttyS0,115200）。
文件系统构建与烧录
文件系统是 Linux 系统存储用户数据和应用程序的载体，常见的嵌入式文件系统包括轻量级的 BusyBox、Read-only Rootfs 及可读写的 ext4，构建文件系统可使用现成的根文件系统镜像（如 Buildroot、Yocto Project），或手动创建最小化系统：
- 创建根目录结构：在宿主机上创建根目录，并添加必要目录（如 /bin、/sbin、/etc、/lib）。
- 移植 BusyBox：编译 BusyBox 并将其可执行文件复制到 /bin 目录，提供基本的 Linux 命令（如 ls、cd、mount）。
- 添加动态库：从交叉编译工具链中复制目标架构的动态库（如 libc.so.6、libpthread.so.0）到 /lib 目录，确保应用程序运行时依赖的库可用。
- 配置系统服务：创建
/etc/inittab和/etc/fstab文件，定义系统启动时的初始化流程及文件系统挂载信息。
文件系统构建完成后，可通过 dd 命令或烧录工具将其写入存储介质（如 SD 卡），若使用 UBI/UBIFS 文件系统，需先在分区中创建 UBI 卷并挂载。
系统调试与优化
Linux 移植的最后阶段是调试与优化，确保系统稳定运行并满足性能需求，调试工具包括串口日志、内核打印（printk）及远程调试（如 kgdb），常见问题及解决方法包括：
- 内核启动卡死：检查设备树中的寄存器地址、中断配置及内存初始化是否正确，可通过串口打印关键节点的初始化状态。
- 驱动加载失败：确认驱动代码中的硬件操作（如寄存器读写、DMA 配置）与硬件手册一致，并检查内核配置中是否启用相关驱动。
- 性能瓶颈：使用
perf工具分析 CPU 使用率，优化中断处理流程或调整内核调度参数（如CONFIG_HZ）。
优化方面，可裁剪内核以减少不必要的驱动和功能，启用内核压缩（如 LZ4）以降低镜像大小，或调整文件系统参数（如 ext4 的 noatime 选项）提升 I/O 性能。
Linux 移植是一项涉及硬件、软件和系统知识的综合性工程，需要开发者具备扎实的理论知识和丰富的实践经验，通过遵循本手册的步骤，从准备工作到系统验证，逐步排查问题并优化性能，可高效完成 Linux 系统在新硬件平台的移植，在实际项目中，还需结合硬件特性和应用需求灵活调整，最终实现稳定、高效的嵌入式 Linux 系统。
