【文章內(nèi)容簡介】 源代碼都經(jīng)過了重新編寫，以緊縮和裁剪基本的代碼。這就使得uClinux的內(nèi)核同標(biāo)準(zhǔn)的Linux內(nèi)核相比非常之小，但是它仍保持了Linux操作系統(tǒng)的主要的優(yōu)點，如穩(wěn)定性、強大的網(wǎng)絡(luò)功能和出色的文件系統(tǒng)支持等。uClinux包含Linux常用的API、小于512K的內(nèi)核和相關(guān)的上具。操作系統(tǒng)所有的代碼量較小。uClinux有一個完整的TCP/IP協(xié)議棧，同時對其它許多的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都提供支持。這些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都在uClinux上得到了很好的實現(xiàn)。對嵌入式系統(tǒng)而言，uClinux可以稱作是一個優(yōu)秀網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。uClinux所支持的文件系統(tǒng)有多種，其中包括了最常用的NFS（網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)）、ext2，romfs、MSDOS及FAT 16/32等[9]。 uClinux的內(nèi)存管理Linux系統(tǒng)的內(nèi)存管理至少實現(xiàn)了以下功能：⑴可以運行比內(nèi)存還要大的程序。理想情況下應(yīng)該可以運行任意大小的程序。⑵可以運行只加載了部分的程序，縮短了程序啟動的時間。⑶可以使多個程序同時駐留在內(nèi)存中提高CPU的利用率。⑷可以運行重定位程序。即程序可以放于內(nèi)存中的任何一處，而且可以在執(zhí)行過程中移動。⑸寫機器無關(guān)的代碼。程序不必韋先約定機器的配置情況。⑹減輕程序員分配和管理內(nèi)存資源的負擔(dān)。⑺可以進行共享，例如，如果兩個進程運行同一個程序，它們應(yīng)該可以共享程序代瑪?shù)耐粋€副本。⑻提供內(nèi)存保護，進程不能以非授權(quán)方式訪問或修改頁面，內(nèi)核保護單個的進程的數(shù)據(jù)和代碼以防止其它進程修改它們。否則，用戶程序可能會偶然（或惡意）地破壞內(nèi)核或其它用戶程序。 uClinux的進程和線程管理進程：進程是一個運行程序并為其提供執(zhí)行環(huán)境的實體，它包括一個地址空間和至少一個控制點，進程在這個地址空間上執(zhí)行單一指令序列。進程地址空間包括．可以訪問或引用的內(nèi)存單元的集合，進程控制點通過一個一般稱為程序計數(shù)器（program counter，PC）的硬件寄存器控制和跟蹤進程指令序列。fork：由于進程為執(zhí)行程序的環(huán)境，因此在執(zhí)行程序前必須先建立這個能跑程序的環(huán)境。Linux系統(tǒng)提供系統(tǒng)調(diào)用拷貝現(xiàn)行進程的內(nèi)容，以產(chǎn)生新的進程，調(diào)用fork的進程稱為父進程：而所產(chǎn)生的新進程則稱為子進程。子進程會承襲父進程的一切特性，但是它有自己的數(shù)據(jù)段，也就是說，盡管子進程改變了所屬的變量，卻不會影響到父進程的變量值。父進程和子進程共享一個程序段。但是各自擁有自己的堆棧、數(shù)據(jù)段、用戶空間以及進程控制塊。換言之，兩個進程執(zhí)行的程序代碼是一樣的，但是各有各的程序計數(shù)器與自己的私人數(shù)據(jù)。當(dāng)內(nèi)核收到fork請求時，它會先查核三件事：首先檢查存儲器是不是足夠；其次是進程表是否仍有空缺；最后則是看看用戶是否建立了太多的子進程。如果上述說三個條件滿足，那么操作系統(tǒng)會給子進程一個進程識別碼，并且設(shè)定CPU時間，接著設(shè)定與父進程共享的段，同時將父進程的文件節(jié)點索引mode拷貝一份給予進程運用，最終子進程會返回數(shù)值0以表示它是子進程。至于父進程，它由能等待子進程的執(zhí)行結(jié)束，或與子進程各做各的。uClinux沒有MMU管理存儲器，在實現(xiàn)多個進程時（fork調(diào)用生成子進程）需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)保護。uClinux的多進程管理通過vfork來實現(xiàn)。這意味著uClinux系統(tǒng)調(diào)用完成后，要么子進程代替父進程執(zhí)行（此時父進程己經(jīng)sleep直到子進程調(diào)用exit退出），要么調(diào)用exec執(zhí)行一個新的進程，這個時候?qū)a(chǎn)生可執(zhí)行文件的加載，即使這個進程只是父進程的拷貝，這個過程也不能避免。當(dāng)子進程執(zhí)行exit或exec后，子進程調(diào)用wakeup，以此將父進程喚醒，使父進程繼續(xù)往下執(zhí)行。uClinux的這種多進程實現(xiàn)機制同它的內(nèi)存管理緊密相關(guān)。uClinux針對nommu處理器開發(fā)，所以被迫使用一種flat方式的內(nèi)存管理模式，啟動新的應(yīng)用程序時系統(tǒng)必須為應(yīng)用程序分配存儲空間，并立即把應(yīng)用程序加載到內(nèi)存。缺少了MMU的內(nèi)存重映射機制，uClinux必須在可執(zhí)行文件加載階段對可執(zhí)行文件reloc處理，使得程序執(zhí)行時能夠直接使用物理內(nèi)存。 針對實時性的解決方案uClinux本身并沒有關(guān)注實時問題，它并不是為了Linux的實時性而提出的。另外有一種LinuxRTlinux關(guān)注實時問題。RTlinux執(zhí)行管理器把普通Linux的內(nèi)核當(dāng)成一個任務(wù)運行，同時還管理了實時進程。而非實時進程則交給普通Linux內(nèi)核處理。這種方法已經(jīng)應(yīng)用于很多的操作系統(tǒng)用于增強操作系統(tǒng)的實時性，包括一些商用版UNIX系統(tǒng)，Windows NT等。這種方法優(yōu)點之一是實現(xiàn)簡單，且實時性能容易檢驗。優(yōu)點之二是由于非實時進程運行于標(biāo)準(zhǔn)Linux系統(tǒng)，同其它Linux商用版本之間保持了很大的兼容性。優(yōu)點之三是可以支持硬實時時鐘的應(yīng)用。uClinux可以使用RTlinux的patch，從而增強uClinux的實時性，使得uClinux可以應(yīng)用于工業(yè)控制、進程控制等一些實時要求較高的應(yīng)用。 uClinux的內(nèi)核加載方式uClinux的內(nèi)核有兩種可選的運行方式：可以在flash上自接運行，也可以加載到內(nèi)存中運行。這種做法可以減少內(nèi)存需要。Flash運行方式：把內(nèi)核的可執(zhí)行映象燒寫到flash上，系統(tǒng)啟動時從flash的某個地址開始逐句執(zhí)行。這種方法實際上是很多嵌入式系統(tǒng)采用的方法。內(nèi)核加載方式：把內(nèi)核的壓縮文件存放在flash上，系統(tǒng)啟動時讀取壓縮文件在內(nèi)存里解壓，然后開始執(zhí)行，這種方式相對復(fù)雜一些，但是運行速度可能更快（ram的存取速率要比flash高）。同時這也是標(biāo)準(zhǔn)Linux系統(tǒng)采用的啟動方式。在我們的嵌入式系統(tǒng)中，我們采用的是這種方式。 uClinux的根（root）文件系統(tǒng)uClinux系統(tǒng)采用romfs文件系統(tǒng)，這種文件系統(tǒng)相對于一般的ext2文件系統(tǒng)要求更少的空間?？臻g的節(jié)約來自于兩個方面，首先內(nèi)核支持romfs文件系統(tǒng)比支持ext2文件系統(tǒng)需要更少的代碼，其次romfs文件系統(tǒng)相對簡單，在建立文件系統(tǒng)超級塊（superblock）需要更少的存儲空間。romfs文件系統(tǒng)不支持動態(tài)擦寫保存，對于系統(tǒng)需要動態(tài)保存的數(shù)據(jù)采用虛擬ram盤的方法進行處理 （ram盤將采用ext2文件系統(tǒng)）。 uClinux的應(yīng)用程序庫 uClinux小型化的另一個做法是重寫了應(yīng)用程序庫，相對于越來越大且越來越全的libc庫，uClibc對libc做了精簡。uClinux對用戶程序采用靜態(tài)連接的形式，這種做法會使應(yīng)用程序變大，但是基于內(nèi)存管理的問題，不得不這樣做，同時這種做法也更接近于通常嵌入式系統(tǒng)的做法。 建立uClinux開發(fā)環(huán)境 移植概述1．基于處理器的移植這種類型的移植要求從一種處理器的編譯器開始。這是最主要也是最困難的一步。通常當(dāng)一個操作系統(tǒng)要運行于一定的處理器，都需要特定的編譯器把操作系統(tǒng)（應(yīng)用程序）編譯成特定處理器可識別的字節(jié)碼。針對Linux系統(tǒng)而言，由于GNU套件支持大量的處理器。而且如前文所述，GNU編譯器GCC在設(shè)計時就已經(jīng)考慮跨平臺的問題，所以在進行GCC移植時我們可以不考慮前端高級語言解析的部分（針對C語言等解析的過程），而只需要考慮后端的移植（主要針對處理器部分），這些后端告訴GCC在編譯時怎樣形成匯編代碼，怎樣滿足處理器體系結(jié)構(gòu)下的參數(shù)傳遞，怎樣針對處理器進行流水線優(yōu)化等?；谔幚砥鞯囊浦策€包括操作系統(tǒng)的移植（假如嵌入式設(shè)備不需要操作系統(tǒng)，則編譯器完成后就可以進入編寫應(yīng)用的階段）。任何操作系統(tǒng)都有一定的代碼是同處理器相關(guān)的，而操作系統(tǒng)為了增加運行效率，通?？偸鞘褂昧舜罅刻囟ㄌ幚砥魈峁┑牡讓庸δ苤С?。這些與特定處理器相關(guān)的部分最終都必須修改，使其適用于新的處理器。另外從編寫應(yīng)用的角度來看，還必須提供函數(shù)庫。因此函數(shù)庫的穆植也是必須的。2．基于平臺的移植這種移植相對于處理器的移植而言所處的開發(fā)層次更高，在板級上進行。對于一個嵌入式設(shè)備，除了處理器還要有很多周邊的器件才能正常上作。因此操作系統(tǒng)在運行時必須初始化特定目標(biāo)板的器件。這些器件中最主要的是flash，sdram等。這些設(shè)備在系統(tǒng)啟動后必須能夠正確尋址，從而操作系統(tǒng)能夠正常運行。此外可能需要考慮的問題包括，打印終端，串口，以太網(wǎng)設(shè)備等。本系統(tǒng)涉及移植類型即是基于平臺的移植。我在移植uClinux時，所采用的uClinux系統(tǒng)己經(jīng)有運行于S3C44B0芯片上。所以編譯器己經(jīng)不需要做太多的上作，只需對其中有些地方加以修改，這樣將極大節(jié)省工作量。 交叉編譯環(huán)境的建立絕大多數(shù)Linux軟件開發(fā)都是以native方式進行的，即本機開發(fā)、調(diào)試，本機運行的方式。這種方式通常不適合于嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)。因為對于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，沒有足夠的資源在本機（即板子上系統(tǒng)）運行開發(fā)工具和調(diào)試工具。通常嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)采用一種交叉編譯調(diào)試方式。交叉編譯調(diào)試環(huán)境建立在宿主機（即一臺PC機）上，對應(yīng)的開發(fā)板叫做目標(biāo)板。開發(fā)時使用宿主機上的交叉編譯、匯編及鏈接上具形成可執(zhí)行的二進制代碼，然后把可執(zhí)行文件下載到口標(biāo)機上運行和調(diào)試。 建立宿主機開發(fā)環(huán)境在進行嵌入式uClinux應(yīng)用開發(fā)設(shè)計之前，首先需要安裝一臺裝有指定操作系統(tǒng)的PC機作宿主機。對于嵌入式uClinux，宿主機上的操作系統(tǒng)一般要求為Redhat Linux，在本課題中用的是Redhat 。對于沒有使用類UNIX操作系統(tǒng)的設(shè)計者，安裝Redhat ，這樣可以避免在實際操作時引起不必要的麻煩。嵌入式開發(fā)通常要求宿主機配置有網(wǎng)絡(luò)，支持NFS，支持tftp服務(wù)器等等。對于Redhat ，它默認打開了防火墻。對于外來的IP訪問，它會全部拒絕，這樣其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備就根本不可能訪問它，即開發(fā)板無法使用NFS，無法通過tftp從它下載，無法完成telnet等。因此網(wǎng)絡(luò)安裝好后，應(yīng)關(guān)閉防火墻并且去掉ipchains和iptables兩項服務(wù)。NFS和tftp服務(wù)器的設(shè)置完全可以在Redhat 。由于uClinux及它的相關(guān)開發(fā)工具集大多都是來自于軟件組織的開放源代碼，大多數(shù)軟件都可以從網(wǎng)站：//，來建立交叉開發(fā)環(huán)境。，在該文件所在口錄下輸入：（Host） $su（Host） （Host） sh./在宿主機上安裝armelf交叉編譯工具集。在armelf交叉編譯工具集中，主要用到armelfgcc，armelfgdb，arrnelfld和armelfas等等。make是負責(zé)從項目源代碼中生成最終可執(zhí)行文件和其它非源代碼文件的工具。make命令本身帶有四種參數(shù)：標(biāo)志、宏定義、描述文件名和目標(biāo)文件名。make的主要工作是讀一個文本文件makefile。makefile是用shell語言寫的，主要描述了有關(guān)哪些目標(biāo)文件是從哪些依賴文件中產(chǎn)生的，是用何種命令來進行這個產(chǎn)生過程的。有了這些信息，make會檢查磁盤文件，如果目標(biāo)文件的日期（即該文件生成或最后修改的日期）至少比它的一個依賴文件日期早的話，make就會執(zhí)行相應(yīng)命令，以更新目標(biāo)文件。嵌入式uClinux應(yīng)用程序的調(diào)試可分為以下步驟進行：首先在宿主機上調(diào)試通過程序，移植到口標(biāo)板上；將宿主機和口標(biāo)板通過串口相連，在宿主機上運行mini作為口標(biāo)板的顯示終端，掛載上宿主機硬盤，自接在目標(biāo)板上調(diào)試應(yīng)用。考慮到成本、習(xí)慣和方便，一般采用以下三種：⑴打印串口是嵌入式uClinux系統(tǒng)中最常用的調(diào)試手段，使用printf輸出運行信息。⑵使用log記錄文件。使用syslog將應(yīng)用程序運行過程中的中間信息全部記錄，在/var/log/syslog下，對照以后查出錯誤。⑶使用gdb調(diào)試。板上移植gdbserver，通過以太網(wǎng)或串口遠程進杼調(diào)試。 編譯uCIinux內(nèi)核嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用非常專業(yè)化，功能模塊相對比較單一。隨著uClinux內(nèi)核版本的升級，內(nèi)核功能越來越強大，體系結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。出于存儲空間的限制，為了提高運行性能，必須根據(jù)需要對內(nèi)核進行精簡，定制為一個符合嵌入式系統(tǒng)的操作平臺。uClinux內(nèi)核采用了模塊化組織結(jié)構(gòu)，通過增減內(nèi)核模塊方式來增減系統(tǒng)功能，達到對內(nèi)核功能模塊正確合理設(shè)置。設(shè)計者從只需編譯系統(tǒng)所需功能的代碼就可對系統(tǒng)的運行進行如下幾個方面的優(yōu)化：⑴用戶根據(jù)自身硬件系統(tǒng)的實際情況定制編譯的內(nèi)核，由于具有更少代碼，一般會獲得更高的運行速度。⑵由于內(nèi)核代碼在系統(tǒng)運行時會常駐內(nèi)存，因此，更精簡的內(nèi)核會獲得更多的用戶內(nèi)存空間。⑶減少內(nèi)核中不必要的功能模塊可以減少系統(tǒng)的漏洞，從而增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。從壓縮包。在編譯內(nèi)核時首先解壓縮uClinux源代碼壓縮包并且打上補?。ㄔ诮K端輸入），然后進入uClinux源代碼所在的目錄。（Host） $tar zxvf （Host）$gzipcd （Host）$CD 內(nèi)核目標(biāo)設(shè)置然后輸入命令：make menuconfig。此時會出現(xiàn)菜單配置