【正文】 __________________________________________________ 34 程序?qū)崿F(xiàn) _________________________________________________________ 34 實(shí)時(shí)部分代碼 __________________________________________________ 34 非實(shí)時(shí)部分 ____________________________________________________ 37 公用頭文件 ____________________________________________________ 38 程序執(zhí)行結(jié)果 ______________________________________________________ 39 嵌入式 RTLinux 的設(shè)計(jì) _______________________________________________ 40 將 RTLinux 嵌入 EPROM 中。 _________________________________________ 40 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)的方法設(shè)計(jì)嵌入式 RTLinux。 ______________________________ 42 小結(jié) ________________________________________________________________ 42 第五章 Linux 對(duì) TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)支持 _____________________________________ 43 Linux 網(wǎng)絡(luò)概述 _______________________________________________________ 43 Linux 網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的分析 ________________________________________ 44 Linux 中網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序介紹 ____________________________________________ 45 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序中需要用到的重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ______________________________ 46 struct device ____________________________________________________ 46 重要的驅(qū)動(dòng)過(guò)程 ____________________________________________________ 46 模塊驅(qū)動(dòng)方法 __________________________________________________ 47 內(nèi)核啟動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方法 _____________________________________________ 47 網(wǎng)卡初始化函數(shù)分析 _____________________________________________ 49 在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧 ________________________________________ 51 重用 Linux 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧代碼 ___________________________________________ 51 重寫 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧 ____________________________________________________ 52 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序的編寫 ________________________________________________ 52 小結(jié) ________________________________________________________________ 53 第六章 調(diào)試環(huán)境的搭建和定制 ________________________________________ 54 遠(yuǎn)程調(diào)試環(huán)境的搭建原理 ______________________________________________ 55 基于 Linux 的嵌入式操作系統(tǒng)研究 5 GDB 介紹 _________________________________________________________ 55 GDB 遠(yuǎn)程調(diào)試功能介紹 ______________________________________________ 55 GDB 遠(yuǎn)程調(diào)試建立的條件 ____________________________________________ 56 遠(yuǎn)程主機(jī)上 stub 要實(shí)現(xiàn)的函數(shù)接口 _________________________________ 56 調(diào)試雙方數(shù)據(jù)包的傳送格式 _______________________________________ 57 調(diào)試步驟的介紹 ________________________________________________ 58 Linux 的內(nèi)核調(diào)試環(huán)境的搭建 ___________________________________________ 58 串口驅(qū)動(dòng)程序模塊和數(shù)據(jù)包傳送函數(shù) ___________________________________ 59 stub 程序的函數(shù)接口 _________________________________________________ 60 內(nèi)核進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)的路徑 ____________________________________________ 61 系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候向內(nèi)核傳遞參數(shù) ___________________________________ 61 使用 gdbstart 將系統(tǒng)控制權(quán)交出 ____________________________________ 63 Linux 內(nèi)核調(diào)試過(guò)程示例 ______________________________________________ 64 RTLinux 的調(diào)試環(huán)境的開(kāi)發(fā)設(shè)想 ________________________________________ 65 小結(jié) ________________________________________________________________ 66 第七章 總結(jié)與展望 __________________________________________________ 67 參考文獻(xiàn) ___________________________________________________________ 69 基于 Linux 的嵌入式操作系統(tǒng)研究 6 第一章 緒論 嵌入式系統(tǒng)的歷史、現(xiàn)在和未來(lái) 在當(dāng)前的數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的后 PC（ PostPC）時(shí)代，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的滲透到科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、軍事技術(shù)、各類產(chǎn)業(yè)和商業(yè)文化藝術(shù)、娛樂(lè)業(yè)以及人們的日常生活等方方面面中。隨著國(guó)內(nèi)外嵌入式產(chǎn)品如車載電腦、機(jī)頂盒等等的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和推廣，嵌入式技術(shù)越來(lái)越和人們的生活緊密結(jié)合。在 PC 時(shí)代，可能有人從來(lái)沒(méi)有接觸過(guò)計(jì)算機(jī)；但是在 PostPC 時(shí)代，他就不可能會(huì)接觸 不到嵌入式系統(tǒng)，因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)可能存在于生活的方方面面中，從家里的洗衣機(jī)、電冰箱，到作為交通工具的自行車、小汽車，到辦公室里的遠(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)等等，都屬于可以使用嵌入式技術(shù)開(kāi)發(fā)和改造的產(chǎn)品。 實(shí)際上嵌入式系統(tǒng)這個(gè)概念很早以前就已經(jīng)存在了。在通訊方面，嵌入式系統(tǒng)在 1960 年就被用于對(duì)電子機(jī)械電話交換的控制，當(dāng)時(shí)被稱為“存儲(chǔ)式程序控制系統(tǒng)”（ Stored Program Control）。那個(gè)時(shí)候，計(jì)算機(jī)一詞卻還不是很普遍，而存儲(chǔ)式程序主要是指用于存儲(chǔ)程序及日常訊息的內(nèi)存部分。存儲(chǔ)這些邏輯數(shù)據(jù)，而不是將其寫入硬盤， 這個(gè)概念的確具有突破性的意義。 這個(gè)時(shí)候還沒(méi)有出現(xiàn)操作系統(tǒng)的概念，對(duì)每一個(gè)應(yīng)用都需要提供一整個(gè)計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)。后來(lái)微處理器的出現(xiàn)，它用來(lái)提供一個(gè)中央計(jì)算引擎。利用微處理器，組成了一個(gè)基于由總線連接起來(lái)的計(jì)算機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)，并且提供了一個(gè)通用功能的編程模型，從而簡(jiǎn)化了編程。 嵌入式系統(tǒng)的概念是在 1970 年左右出現(xiàn)的。不過(guò)在當(dāng)時(shí)，大部分都是由匯編語(yǔ)言完成的，而且這些匯編程序只能用于某一種固定的微處理器。當(dāng)這種微處理器過(guò)時(shí)之后，這種嵌入式系統(tǒng)就沒(méi)有用了；并且還要開(kāi)始對(duì)新的微處理器寫新的嵌入式系統(tǒng)。 這個(gè)時(shí)候的嵌入式 系統(tǒng)很多都不是操作系統(tǒng)，他們只是為了實(shí)現(xiàn)某個(gè)控制功能，使用一個(gè)簡(jiǎn)單的循環(huán)控制對(duì)外界的控制請(qǐng)求進(jìn)行處理。不可否認(rèn)，這對(duì)一些簡(jiǎn)單的系統(tǒng)而言是足夠的。但是當(dāng)我們的系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，利用的范圍越來(lái)越廣泛的時(shí)候，沒(méi)有操作系統(tǒng)就成為了一個(gè)最大的缺點(diǎn)了，因?yàn)樾枰砑右豁?xiàng)新功能都可能需要從頭開(kāi)始設(shè)計(jì)，否則只能增加開(kāi)發(fā)成本和系統(tǒng)復(fù)雜度。 C 語(yǔ)言的出現(xiàn)使得我們的操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)變得越來(lái)越簡(jiǎn)單。我們可以利用 C語(yǔ)言很快的寫出一個(gè)小型的、穩(wěn)定的操作系統(tǒng)。眾所知之， C 語(yǔ)言的作者 Dennis M. Ritchie 和 Brian W. Kernighan 利用它寫出了著名的 UNIX 操作系統(tǒng)，直接影基于 Linux 的嵌入式操作系統(tǒng)研究 7 響了這三十年計(jì)算機(jī)業(yè)的發(fā)展。同時(shí)，對(duì)開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在效率和速度上都提高了很多。 從上世紀(jì)八十年代開(kāi)始 ， 開(kāi)始出現(xiàn)各種各樣的商業(yè)用嵌入式操作系統(tǒng)，這些操作系統(tǒng)大部分都是為專有系統(tǒng)而開(kāi)發(fā)，從而形成了現(xiàn)在多種形式的商用嵌入式操作系統(tǒng)百家爭(zhēng)鳴的局面。如 VxWorks， pSOS， Neculeus 和 Windows CE 等等。 現(xiàn)在，網(wǎng)絡(luò)在人們生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，自然而然，在嵌入式系統(tǒng)中使用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也成為了一項(xiàng)基本的要求。把網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)中，對(duì)日常生 活中的需要極有意義。利用嵌入式系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)功能，可以實(shí)現(xiàn)下面我將要描述的信息電器這一即將取代 PC 在后 PC 時(shí)代占據(jù)市場(chǎng)主體的商品。我們知道，如果在上面所說(shuō)的那種采用循環(huán)控制的嵌入式系統(tǒng)中加入網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，復(fù)雜度會(huì)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。這種情況下，在嵌入式操作系統(tǒng)中增加網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模塊要方便得多，并且還能方便各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的不同平臺(tái)移植。 在未來(lái)的社會(huì)里面，使用嵌入式系統(tǒng)的情形會(huì)越來(lái)越多，人可以不接觸電腦，但是不接觸嵌入式系統(tǒng)的情況是不存在的。嵌入式系統(tǒng)可能存在于您生活的各個(gè)角落：您家里可能就是通過(guò)一個(gè)嵌入式系統(tǒng)控制的中心 ，管理您家里的所有家電，控制家庭和外界網(wǎng)絡(luò)的連接，讓您的生活更為方便；您出門旅行的時(shí)候，在飯店的門把手里面安裝有電子識(shí)別控制系統(tǒng)，利用嵌入式系統(tǒng)根據(jù)您手上的特征，判斷時(shí)候應(yīng)該給您開(kāi)門；在坐車的時(shí)候，汽車電腦可以通過(guò) GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）來(lái)判斷自己的具體位置，利用嵌入式智能系統(tǒng)判斷應(yīng)該走哪條路比較方便；如果您一不小心生病住院，在醫(yī)院的設(shè)備儀器里面都可能存在有嵌入式系統(tǒng)，用來(lái)選擇和控制儀器，提高您手術(shù)的成功率和方便程度。 信息電器的概念 在嵌入式系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在這個(gè)程度，利用的范圍除了在自動(dòng)化控制、軍 事技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究等方面的應(yīng)用之外，現(xiàn)在逐步在向日常生活中滲透。而PC 的發(fā)展現(xiàn)在也正在減緩趨勢(shì)。據(jù)有關(guān)報(bào)道， PC 的增長(zhǎng)率由九十年代中期的年遞增率 35%下降到去年的 15%。用市場(chǎng)的觀點(diǎn)來(lái)看， PC 的已經(jīng)從高速增長(zhǎng)進(jìn)入到平穩(wěn)發(fā)展的市場(chǎng)頂峰時(shí)期，單純由 PC 機(jī)帶領(lǐng)的電子產(chǎn)業(yè)蒸蒸日上的時(shí)代已經(jīng)成為歷史，現(xiàn)在的電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要尋找一個(gè)新的“戰(zhàn)略轉(zhuǎn)折點(diǎn)”。這個(gè)時(shí)候，根據(jù) PC 時(shí)代的概念，美國(guó) Business Week 雜志提出了“后 PC 時(shí)代”的概念。在這個(gè)時(shí)代，占電子市場(chǎng)主體的不再是 PC 和家用電器，而是具備視聽(tīng)功能、 信息處理和雙向網(wǎng)絡(luò)通信功能的信息電器。 信息電器，英文稱 Information Appliance。它具備有高品質(zhì)的視聽(tīng)功能、交互式的信息處理功能、網(wǎng)絡(luò)瀏覽功能和收發(fā)郵件等功能。它適應(yīng)信息時(shí)代的要求，基于 Linux 的嵌入式操作系統(tǒng)研究 8 具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能，是人們用來(lái)訪問(wèn)和獲取網(wǎng)上信息的工具，也是消費(fèi)類電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。作為信息電器，一般具有三個(gè)特征： 1)是家用電器。它適合廣泛的普通家庭使用，功能和操作都比傳統(tǒng)的電腦少而簡(jiǎn)單。 2)是信息設(shè)備。能夠接入公共信息網(wǎng)絡(luò)，主動(dòng)獲取交互信息。 3)配置簡(jiǎn)單。組成部分比傳統(tǒng)的電腦少，沒(méi)有 硬盤等永久存儲(chǔ)設(shè)備，設(shè)備價(jià)格比較低廉。 信息電器的品種很多，就我國(guó)來(lái)說(shuō)，信息電器的應(yīng)用范圍主要是在消費(fèi)、娛樂(lè)、通訊、信號(hào)處理等領(lǐng)域。典型的產(chǎn)品是機(jī)頂盒、移動(dòng)通訊、掌上電腦、可視電話、 PDA（個(gè)人數(shù)字助理）等等。 信息電器的如火如荼的發(fā)展和應(yīng)用，需要發(fā)展嵌入式系統(tǒng)來(lái)支持。信息電器的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)離不開(kāi)利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，離不開(kāi)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性能，也離不開(kāi)提供用戶友好的接口。這些都需要利用嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。 目前嵌入式系統(tǒng)的主要應(yīng)用范圍是在信息電器領(lǐng)域里面。根據(jù)信息電器的開(kāi)發(fā)特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出一個(gè)具有實(shí)時(shí)、多任務(wù)特征的，提供測(cè)覽 器、網(wǎng)絡(luò)通信和圖形窗口等服務(wù)的，可進(jìn)行一定的定制或二次開(kāi)發(fā)，并可對(duì)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)提供有效支持的嵌入式系統(tǒng)。 信息技術(shù)的快速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，使得信息電器具有廣泛的前景，從而使得嵌入式操作系統(tǒng)的快速發(fā)展成為可能。伴隨著以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)為主的信息技術(shù)的快速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用， 3C（ Computer, Communication, Consumer）合一的趨勢(shì)已經(jīng)形成，三者