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嵌入式Linux介紹長高科技顏旭偉嵌入式linux簡介 LINUX是一個類似UNIX的作業(yè)系統(tǒng)，其程式碼是完全開放的，核心功能強大，實現(xiàn)簡潔。它提供了類似UNIX的編寫程式介面和系統(tǒng)應(yīng)用，可以方便的將UNIX系統(tǒng)上的應(yīng)用程式，移植到Linux上運作。Linux核心支援多種體系結(jié)構(gòu)的處理器，包括目前流行的Intel x86，Motorola/IBM PowerPC，ARM，Compaq Alpha，Sun SRARC等處理器體系結(jié)構(gòu)。要把Linux用於嵌入式環(huán)境，就必須修改Linux滿足嵌入式系統(tǒng)的要求。主要集中在兩個方面：一是體積，二是即時性。與目前上的眾多商業(yè)的RTOS（即時操作系統(tǒng)）相比，嵌入式Linux擁有以下的特點：完全開放來源程式碼 嵌入式Linux開放來源程式碼，這使得學(xué)習(xí)，修改，剪裁Linux成為可能，嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計者可以對嵌入式Linux進(jìn)行二次開發(fā)，去掉作業(yè)系統(tǒng)的附加功能，只保留必須的作業(yè)系統(tǒng)功能，並且可以根據(jù)實際應(yīng)用的需要優(yōu)化作業(yè)系統(tǒng)的來源程式碼，從而降低整個作業(yè)系統(tǒng)開銷與消耗。成本低 GPL協(xié)定保證了源自Linux的嵌入式Linux也是開放來源程式碼的自由軟體，也就是說，只要遵守GPL協(xié)議，嵌入式Linux作業(yè)系統(tǒng)的來源程式碼可以自由獲得。另外，大多數(shù)嵌入式Linux使用的開發(fā)工具也是遵守GPL協(xié)議的，同樣可以免費獲得。豐富的實用軟體支援 Linux作業(yè)系統(tǒng)是一個完整的、功能強大的作業(yè)系統(tǒng)，提供了大量的實用程式和各種各樣的應(yīng)用軟體。這些軟體的正確性和有效性都經(jīng)過了實際應(yīng)用檢驗，可以根據(jù)需要，利用Linux提供的豐富的軟體支援，迅速構(gòu)建嵌入式應(yīng)用的軟體環(huán)境。這樣可以極大地減小嵌入式系統(tǒng)軟體發(fā)展的時間和費用，提高系統(tǒng)的可靠性。嵌入式LINUX的可攜性 將LINUX移植到新的微處理器體系非�？旖荩�一般是將其移植到一種新型的目標(biāo)板，其中包含有獨特的外部設(shè)計。大部分的核心程式碼都是相同的，因為它們與微處理器無關(guān)，所以移植的工作多集中在一些記憶體管理及中斷處理程式上。一旦完成，它們將非常穩(wěn)定。嵌入式LINUX的應(yīng)用 嵌入式系統(tǒng)的涵蓋面是非常廣泛的，其中，家電市場包括機頂盒、數(shù)位電視、視訊電話、家庭網(wǎng)路等資訊家電；工業(yè)市場包括工業(yè)控制設(shè)備、儀器；商用市場包括掌上電腦、受客戶機、POS終端等；通訊市場包括WAP手機、無線PDA等。目前被廣泛看好的是資訊家電市場，國內(nèi)有很多開發(fā)廠商正加大投入、開發(fā)和研製新的產(chǎn)品，嵌入式LINUX將是他們首選的作業(yè)系統(tǒng) Linux的基本示意圖 Boot Loader 負(fù)責(zé)Linux核心的啟動，它用於初始化系統(tǒng)資源，包括SDRAM。這部分程式碼用於建立Linux核心運作環(huán)境和從Flash中裝載初始化ramdisk 核心初始化 Linux核心的進(jìn)入點是start_kernel（）函數(shù)。它初始化核心的其他部分，包括捕獲、IRQ通道、調(diào)度、設(shè)備驅(qū)動、標(biāo)定延遲迴圈，最重要的是能夠fork “init”處理程序，以啟動整個多工環(huán)境。系統(tǒng)應(yīng)用函數(shù)/捕獲函數(shù)：在執(zhí)行完“init”程式後，核心對程式不再有直接的控制權(quán)，此後，它的作用僅僅是處理非同步事件(例如硬體中斷)和為系統(tǒng)應(yīng)用提供處理程序。 設(shè)備驅(qū)動 設(shè)備驅(qū)動佔據(jù)了Linux核心很大部分。同其他作業(yè)系統(tǒng)一樣，設(shè)備驅(qū)動為它們所控制的硬體設(shè)備和作業(yè)系統(tǒng)提供介面。 檔案系統(tǒng) Linux最重要的特性之一就是對多種檔案系統(tǒng)的支援。這種特性使得Linux很容易地同其他作業(yè)系統(tǒng)共存。檔案系統(tǒng)的概念使得用戶能夠查看儲存設(shè)備上的檔案和路徑而無須考慮實際物理設(shè)備的檔案系統(tǒng)類型。Linux透明的支援許多不同的檔案系統(tǒng)，將各種安裝的檔和檔案系統(tǒng)以一個完整的虛擬檔案系統(tǒng)的形式呈現(xiàn)給用戶。 嵌入式檔案系統(tǒng)簡介 嵌入式檔案系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與LINUX類似，目前常用的有EXT2，CRAMFS，JFFS2，YAFFS2和RAM磁片檔案系統(tǒng)等。為了更好的嵌入式系統(tǒng)選擇檔案系統(tǒng)，一般會考察檔案系統(tǒng)的如下幾個特性：可寫入 檔案系統(tǒng)是否可以被寫入？可更新 系統(tǒng)重新啟動後，檔案系統(tǒng)是否能保持重新啟動前的更改？斷電可靠性 檔案系統(tǒng)在發(fā)生斷電的時候是否可以恢復(fù)原資料？可壓縮 檔案系統(tǒng)內(nèi)容是否可被壓縮？ RAM啟動 在掛載檔案系統(tǒng)前，其內(nèi)容是否首先從記憶體中提取到RAM中？ ROMfs檔案系統(tǒng): ROMfs是使用最多的檔案系統(tǒng)，它是一種簡單、緊湊和唯讀的檔案系統(tǒng)。ROMfs順序儲存檔資料，並可以在uClinux支援的儲存設(shè)備上直接運作檔案系統(tǒng)，這樣可以在系統(tǒng)運作時節(jié)省許多RAM空間 Cramfs 檔案系統(tǒng): Cramfs是針對Linux核心2.4之後的版本所設(shè)計的一種新型檔案系統(tǒng)，也是壓縮和唯讀格式的。它主要的優(yōu)點是將檔案資料以壓縮形式儲存，在需要運作的時候進(jìn)行解壓縮。由於它儲存的檔形式是壓縮的格式，所以檔案系統(tǒng)不能直接在Flash上運作。雖然這樣可以節(jié)約很多Flash儲存空間，但是檔案系統(tǒng)運作需要將大量的資料複製進(jìn)RAM中，消耗了RAM空間。 JFFS2 日誌檔案系統(tǒng): JFFS2是專門針對快閃記憶體的檔案系統(tǒng)，除了有日誌功能，還有負(fù)載平衡，垃圾收集等，並且來源碼公開。 YAFFS2(Yet Another Flash File System)檔案系統(tǒng) YAFFS2是一種和JFFSx類似的快閃記憶體檔案系統(tǒng)，和JFFS2相比它減少了一些功能，所以速度更快，而且對記憶體的佔用比較小.YAFFS自已NAND晶片驅(qū)動，並且為嵌入式系統(tǒng)提供了直接取用檔案系統(tǒng)的API。除了上面介紹的檔案系統(tǒng)之外，還有RAMDISK(一種基於記憶體的檔案系統(tǒng))，TrueFFS等等。根檔案系統(tǒng)相關(guān)說明 Linux核心在系統(tǒng)啟動時的最後操作之一就是載入根檔案系統(tǒng)。根檔案系統(tǒng)中存放了嵌入式系統(tǒng)使用的所有應(yīng)用程式庫以及一些需要用到的服務(wù)。由於Linux受到UNIX系統(tǒng)發(fā)展的影響，Linux檔案系統(tǒng)的組織和UNIX相同。根檔案系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)根檔案系統(tǒng)中每一個最上層目錄都有特定的用途和目的。有些目錄是為了多用戶模式服務(wù)。在大多數(shù)沒有用戶和管理員的嵌入式Linux中，建立一個根檔案系統(tǒng)可以不考慮大部分在多用戶下需要注意的問題，下表列出了根檔案系統(tǒng)頂層目錄大致結(jié)構(gòu)。 交叉編譯器介紹 交叉編譯就是在一個平臺上產(chǎn)生可以在另一個平臺上執(zhí)行的程式碼。注意這裡的平臺，實際上包含兩個概念：體系結(jié)構(gòu)(Architecture)、作業(yè)系統(tǒng)(Operating System)。同一個體系結(jié)構(gòu)可以運作不同的作業(yè)系統(tǒng)；同樣，同一個作業(yè)系統(tǒng)也可以在不同的體系結(jié)構(gòu)上運作。舉例來說，我們常說的x86 Linux平臺實際上是Intel x86體系結(jié)構(gòu)和Linux for x86作業(yè)系統(tǒng)的統(tǒng)稱；而x86 WinNT平臺實際上是Intel x86體系結(jié)構(gòu)和Windows NT for x86作業(yè)系統(tǒng)的簡稱。就本書所涉及到的目標(biāo)硬體FS2410XP而言，之所以使用交叉編譯是因為在該硬體上無法安裝我們所需的編譯器，只好借助於宿主機器，在宿主機器上對即將運作在目的機上的應(yīng)用程式進(jìn)行編譯，產(chǎn)生可在目的機器上運作的程式碼格式。 GNU工具簡介 GNU開發(fā)工具包括C編譯器GCC，C++編譯器G++，組語編譯器AS，鏈結(jié)器LD，二進(jìn)位轉(zhuǎn)換工具(OBJCOPY，OBJDUMP)，調(diào)整測試工具(GDB，GDBSERVER，KGDB) 和基於不同硬體平臺的開發(fā)函式庫。在GNU GCC支援下用戶可以使用流行的C/C++語言開發(fā)應(yīng)用程式，滿足產(chǎn)生高效率運作程式碼、易掌握的編寫程式語言的用戶需求。 這些工具都是按GPL版權(quán)聲明發(fā)佈，任何人可以從網(wǎng)上獲取全部的來源程式碼，無需使用任何費用。關(guān)於GNU和公共許可證協(xié)定的詳細(xì)資料，讀者可以參看GNU網(wǎng)站的介紹，http://www.gnu.org/home.html。運作於Linux作業(yè)系統(tǒng)下的自由軟體GNU gcc編譯器，不僅可以編譯Linux作業(yè)系統(tǒng)下運作的應(yīng)用程式，還可以編譯Linux核心本身，甚至可以作交叉編譯，編譯運作於其他CPU上的程式。在這裡我們用的是arm-linux-工具鏈 嵌入式Linux核心程式碼結(jié)構(gòu) /arch子目錄包含了所有硬體結(jié)構(gòu)特定的核心程式碼。如i386，alpha和arm.。 /drivers子目錄包含了核心中所有的設(shè)備驅(qū)動程式，如usb和sound。 /fs子目錄包含了所有的檔案系統(tǒng)的程式碼。如nfs，ext3和jffs2等。 /include 子目錄包含了建立核心程式碼時所需的大部分函式庫檔案，這個模組利用其他模組重建核心。該目錄也包括了不同平臺需要的函式庫檔案。比如，asm-arm是arm平臺需要的函式庫檔案。 /init子目錄包含了核心的初始化程式碼，核心從此處工作。 /ipc子目錄包含了處理程序間通訊程式碼 /kernel 子目錄包含了主核心程式碼 /mm子目錄包含了所有核心管理程式碼 /net子目錄包含了和網(wǎng)路相關(guān)的程式碼，如atm，ipv6等。一般在每個目錄下都有一個depend檔和一個Makefile檔。這兩個檔都是編譯時使用的輔助檔。其中Makefile檔中指出了編譯時需要用到的編譯器，也是移植核心過程中不可缺少的。在核心中添加網(wǎng)路驅(qū)動設(shè)備過程 在核心中添加網(wǎng)路驅(qū)動設(shè)備過程在核心中添加網(wǎng)路驅(qū)動設(shè)備過程在核心中添加網(wǎng)路驅(qū)動設(shè)備過程 Linux下SD/MMC卡驅(qū)動程式 Linux下SD/MMC卡驅(qū)動程式nLz紅軟基地

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