KVM在嵌入式Linux上的移植

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 1 uCLinux及KVM简介

uCLinux是一款优秀的嵌入式Linux操作系统,是micro-Conrol-Linux的缩写,同时也是开放源码的嵌入式Linux的典范之作。uCLinux主要是针对目标处理器没有存储管理单元MMU(Memory Management Unit) 的嵌入式系统而设计的,它已经被成功地移植到了很多平台上。它秉承了标准Linux的优良特性,经过各方面的小型化改造,形成了一个高度优化的、代码紧凑的嵌入式Linux。虽然它的体积很小,却仍然保留了Linux的大多数优点:稳定、良好的移植性、优秀的网络功能、对各种文件系统完备的支持和标准丰富的API。它专为嵌入式系统做了许多小型化的工作,目前已支持多款CPU。其编译后的目标文件可控制在几百KB数量级,并已被成功地移植到很多平台上。

KVM是一种专门为嵌入式设备使用的JAVA虚拟机,它主要为J2ME CLDC使用。KVM可以理解为K Virtual Machine或者是 KJava Virtual Machine。是一种精简,可移植的,专门为小设备,有内存,CPU等资源限制(例如:手机,PDA,POS机等嵌入式设备)设计的JAVA虚拟机。

KVM的目的是创造一个尽可能小的且尽可能完整的JAVA虚拟机,使开发者不用像开发C语言一样关心硬件,而通过JAVA语言来进行开发,达到一次编译,各种平台使用的目的。

  2 获取并安装交叉开发工具

从https://sourceforge.net/project/showfiles.php?group_id=58162&package_id=54041获取arm-elf-tools交叉编译安装包。这里笔者曾经使用arm-elf-tools-20030314.sh编译KVM,但遇到编译错误。所以建议各位读者下载arm-elf-gcc3.0以上的版本进行编译。

  3. 获取KVM源代码

从https://www.sun.com/software/communitysource/j2me/cldc/download.xml获取KVM的源代码文件。

  4. 修改KVM的Makefile

下载并且解压CLDC后,下面讲述KVM具体的移植过程:

修改j2me_cldc/kvm/VmUnix/build/Makefile文件
该Makefile是编译KVM所用到的,因为KVM是用C语言实现的,所以从理论上来讲,也只要使用针对不同体系结构CPU的编译器编译KVM即可,这样也就是如何实现交叉编译KVM的问题了。

修改Makefile文件需要熟悉makefile的语法规则,这里不对该语言规则详细讲述,只对修改Makefile过程中涉及的内容做解释,请读者参阅关于makefile语法规则方面的相关资料。所涉及的Makefile修改部分如下:
ifeq ($(PLATFORM), linux)
# 注释掉原有LIBS = -lm -lnsl
# LIBS = -lm –lnsl
# 添加如下一行
LIBS =
# 注释掉原有CPPFLAGS = -DUNIX -DLINUX -D$(ARCH)
# CPPFLAGS = -DUNIX -DLINUX -D$(ARCH)
# 修改CPPFLAGS 定义如下:
CPPFLAGS = -D$(ARCH)
-I$(TOP)/kvm/VmCommon/h -I$(TOP)/kvm/VmUnix/h
-I$(TOP)/kvm/VmExtra/h -I$(TOP)/jam/h -I$(TOP)/kvm/VmCommon/src
endif
BUILD_ROOT=/usr/local
lib1=${BUILD_ROOT}/lib/gcc-lib/arm-elf/3.0
lib=${BUILD_ROOT}/arm-elf/lib
include=${BUILD_ROOT}/arm-elf/include/
# 用arm-elf-gcc定义CC,并指明包括的头文件路径和编译选项
CC=arm-elf-gcc -I$(include) -D__uClinux__ -D__USE_BSD=1
# 用arm-elf-ld定义LD,连接目标文件时使用
LD=arm-elf-ld
WEC_LDFLAGS=-L./ -L${lib} -L${lib}/lib -L${lib}/libc -L${lib1} -T${lib}/elf2flt.ld
EXTLIBS= -lc -lgcc -lc
LDFLAGS =
ifeq ($(GCC), true)

  # 注释掉CC = gcc, 事实上由于ifeq ($(GCC), true) 不成立,该处不会执行到。
# CC = gcc
CFLAGS = -Wall $(CPPFLAGS) $(ROMFLAGS) $(OTHER_FLAGS)
DEBUG_FLAG = -g
OPTIMIZE_FLAG = -O2
else
# 注释掉CC = cc 一行,这样,系统采用CC=arm-elf-gcc 编译KVM
# CC = cc
CFLAGS = -Xa $(CPPFLAGS) $(ROMFLAGS) $(OTHER_FLAGS)
DEBUG_FLAG = -g -xsb
OPTIMIZE_FLAG = -xO2
endif
DEBUG_FLAG += -DINCLUDEDEBUGCODE=1
$(TOP)/tools/jcc/ROMjavaUnix.c $(TOP)/tools/jcc/nativeFunctionTableUnix.c: jcc
Unix
.PHONY: jccUnix
jccUnix:
@(cd $(TOP)/tools/jcc; $(MAKE) unix)
kvm$(j)$(g): obj$j$g/ $(CLEANUPXPM) $(OBJFILES)
@echo "Linking ... $@"
# 注释掉@$(CC) $(OBJFILES) -o $@ $(LIBS) $(EXTLIBS) 一行
# @$(CC) $(OBJFILES) -o $@ $(LIBS) $(EXTLIBS)
# 用arm-elf-ld连接目标文件
$(LD) -o kvm.x $(WEC_LDFLAGS) -r -d $(OBJFILES) $(LIBS) $(EXTLIBS) -Map kvm.map

  5. 编译uCLinux版本的KVM

修改Makefile后,切换到j2me_cldc/build/linux目录,执行make命令编译kvm。如果不能通过编译,建议用arm-elf-gcc3.0以上版本的交叉编译工具进行编译。编译完成后,将在j2me_cldc/kvm/VmUnix/build目录下生成kvm.x文件,因为uClinux操作系统上可执行文件都必须为Flat格式,需用elf2flt工具对kvm.x进行转换。在终端提示符下执行如下命令:
elf2lft –o kvm kvm.x
生成kvm可执行文件,至此,整个kvm编译过程完成。

  6. 测试KVM

这样编译出来的kvm是针对ARM体系结构的,所以在Red Hat Linux 7.3系统上无法运行,读者可以编辑“Hello World”程序。然后在终端提示符下做如下测试:

./kvm –classpath j2me_cldc/samples/classes HelloWorld
程序报错,这说明当前编译出来的KVM不是针对X86体系结构。接下来下载kvm到运行uClinux操作系统的嵌入式设备上,再测试kvm。

拷贝kvm以及HelloWorld.class到 uClinux-dist/romfs/bin目录下执行make image,生成包含kvm及HelloWorld.class的romfs.img
下载image.ram和romfs.img到板子上uClinux系统启动后,输入如下命令测试
./kvm –classpath /bin HelloWorld

  7. 小结

本文以uCLinux嵌入式操作系统为例讨论了KVM的移植过程,若读者希望在其他体系结构的嵌入式Linux(比如PPC Linux, MIPS Linux)系统上移植KVM,可以根据其编译环境修改KVM的Makefile进行编译。如果为让系统支持更多的功能,如MIDP等,则需要作进一步的研究与探索。

 

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