【導(dǎo)讀】隨著越來越多的場合正向自動化無人職守邁進(jìn)，尤其在安全、監(jiān)控等領(lǐng)域。用了電子監(jiān)控設(shè)備，如辦公室，發(fā)電站，機(jī)場，海關(guān)等等領(lǐng)域。出了更高的要求。它采用了價格低廉的三星應(yīng)用處理器S3C2410，并使用軟件音、視頻編。320*240兩種顯示分辯率，可以進(jìn)行良好的視頻監(jiān)控。同時，它的一個最大的特點(diǎn)是可。圖像采集終端則采用性價比很高的USB型攝像頭，在市場上很容易買到，同時，USB型攝像頭具有很好的通用性，驅(qū)動程序豐富，可以減少代碼的編寫。

　　

【正文】 C/C++源程序（展開頭文件和替換宏） (2) 輸出 C/C++源程序的匯編代碼 (3) 輸出二進(jìn)制目標(biāo)文件 (4) 生成靜態(tài)庫 (5) 生成可執(zhí)行文件 (6) 輪換文件格式 (7) 支持 C、 C++、 Fortran、 Java 開發(fā)環(huán)境的搭建 GCC 工具提供了二進(jìn)制文件和源碼文件 兩種方式進(jìn)行安裝。對于宿主機(jī)上沒有 C 編譯程序的情況下，應(yīng)當(dāng)使用二進(jìn)制文件安裝，這種方式的缺點(diǎn)是大部分的可選項都已經(jīng)配置好，不能由用戶自行調(diào)整。而源碼文件安裝方式則不同，用戶可以根據(jù)自己的需要加載或去除某些選項，最后得到小而合適編譯工具。 二進(jìn)制文件的安裝 在全球范圍內(nèi)已經(jīng)有數(shù)百個鏡像網(wǎng)點(diǎn)提供 FTP 或 CVS 方式下載。 對于二進(jìn)制文件，通常 GNU 的工作人員針對各種情況編譯出不同的安裝包，用戶可以根據(jù)自己的需要下載合適的安裝文件。下載完成后，就可以直接進(jìn)行安裝了，下面以 安 裝包為例。 $cd /usr/local/src 解壓到合適的路徑 $tar –xvzf … / 最后在 PATH 環(huán)境變量中加入安裝路徑即可。 在命令行中輸入 ： $gcc –v 畢業(yè)論文 可以 測試安裝情況 。 源碼 文件的 安裝 嵌入式開發(fā)過程中，可能會使用不同的 CPU，這樣就需要一個針對該 CPU 的開發(fā)環(huán)境，因此，常以源碼的方式安裝交叉工具以支持不同的平臺。 源碼包安裝步驟： (1) 首先，在確保宿主機(jī)上的 GCC 編譯程序可用，否則應(yīng)先在宿主機(jī)上安裝好 GCC。 (2) 下載合適的源碼包，解壓到正確的路 徑。 (3) 進(jìn)入源碼包所在路徑，執(zhí)行 configure 腳本。也可以先執(zhí)行 configure –help 來查看幫助信息。配置過程中有很多選項可供選擇，每個選項都有默認(rèn)值，所以只需要為某些特殊情況的選項指定它的值。 (4) 最常用的選項是 —prefix，用來指定安裝 GCC 二進(jìn)制代碼的根目錄名字。安裝完成之后， 用來 指定 安裝 GCC 二進(jìn)制文件的根目錄名字。安裝完成后，指定 前綴 的目錄包含所有的 GCC 可執(zhí)行文件，而子目錄 bin、 include、 info、 lib、 man和 share 中含有其他文件。默認(rèn)的前綴是 /usr/local/。 要針 對 ARM 處理器編譯還要加上 withcpu=arm 最 簡 單 的 配 置 如 ： ./configure –prefix=/usr/local/ withcpu=arm。 (5) 配置完成后，會在目錄下生成一個 makefile 編譯文件，然后執(zhí)行 make 命令即開始編譯了。 (6) 編譯成功后，再運(yùn)行 make install 進(jìn)行安裝。 (7) 最后設(shè)置環(huán)境變量， 可以運(yùn)行 armlinuxgcc 進(jìn)行測試 。 Linux內(nèi)核 配置 編譯 armlinuxgcc 安裝成功后，就可以對 Linux 內(nèi)核進(jìn)行編譯或配置了。 本系統(tǒng)采用的是 版本的內(nèi)核，可以使用 交叉工具進(jìn)行編譯。 在內(nèi)核源碼的文件夾中可以看到，內(nèi)核是一個很龐大的源碼包， 其程序文件就有上萬個，代碼達(dá)到幾百萬行，可以說是非常的復(fù)雜。 內(nèi)核配置 內(nèi)核可配置是 Linux 的最大特點(diǎn)，用戶可以根據(jù)自己的需要不選擇編譯未用到的模塊，通過這種方式，可以使內(nèi)核變得更加小，更有效率，同時也節(jié)省了內(nèi)存的開銷。 現(xiàn)在發(fā)行的內(nèi)核，都支持菜單配置方式，對用戶而言，配置變得更簡單、直觀。 可用的配置方式如 表 所示 ： 畢業(yè)論文 方式 功能 config 通過命令行程序更新當(dāng)前配置 menuconfig 通過可視化菜單配置 xconfig 通過 QT 圖形 界面更新當(dāng)前配置 gconfig 通過 GTK 圖形界面更新當(dāng)前配置 oldconfig 通過已經(jīng)提供的 .config 文件更新當(dāng)前配置 randconfig 對所有選項隨機(jī)配置 defconfig 對所有選項使用缺省配置 allmodconfig 對所有選項盡可能選擇“ m‖ allyesconfig 對所有選項盡可能選擇“ y‖ allnoconfig 對所有選項盡可能選 擇“ n” 表 內(nèi)核可用的配置方式 如進(jìn)入可視化菜單配置的命令 如 下 ： $make menuconfig 配置菜單如 圖 可視化配置菜單 所示： 畢業(yè)論文 圖 可視化配置菜單 圖 可視化配置菜單 Makefile 文件中包含了所有的編譯選項。具體可以執(zhí)行 make help 查看，打印出詳細(xì)的幫助信息。下面解釋一下幫助信息列出的各種選項的含義。 (1) 內(nèi)核編譯輔助選項 $make clean 清除大多數(shù)生成的文件，但保留 .config $make mrproper 清除所有生成的文件，包括 .config 和各種備份文件。 $make config 以命令行方式配置內(nèi)核 。 $make menuconfig 以光標(biāo)菜單方式配置內(nèi)核 $make xconfig 以 QT 圖形界面配置內(nèi)核 $make gconfig 以 GTK 圖形界面方式配置內(nèi)核 $make oldconfig 使用已存在 的 .config 文件配置內(nèi)核 (8) 內(nèi)核編譯選項 $make all 編譯所有標(biāo)記星號的目標(biāo)，也就是編譯所有缺省目標(biāo) 畢業(yè)論文 $make vmlinux 編譯最基本的內(nèi)核映像。 $make modules 編譯所有的模塊 $make zImage 編譯生成壓縮內(nèi)核映像 $make Image 編譯生成非壓縮映像 Linux內(nèi)核構(gòu)架詳解 Linux 內(nèi)核提供了應(yīng)用程序可以運(yùn)行的執(zhí)行環(huán)境。因此，內(nèi)核必須實(shí)現(xiàn)一組服務(wù)及相應(yīng)的接口。應(yīng)用程序使用這些接口，而且通常不會與硬件資源直接交互。 內(nèi)核整體結(jié)構(gòu)如 圖 內(nèi)核整體結(jié)構(gòu) 所示： 畢業(yè)論文 圖 內(nèi)核整體結(jié)構(gòu) 進(jìn)程和內(nèi)核模式 CPU 既可以運(yùn)行在用戶態(tài)，也可以運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)。實(shí)際上，一些 CPU 可以有兩種以上的執(zhí)行狀態(tài)。 當(dāng)一個程序在用戶態(tài)下執(zhí)行時，它不能直接訪問內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或內(nèi)核的程序。然而，當(dāng)應(yīng)用程序在內(nèi)核態(tài)下運(yùn)行時，這些限制不再有效。每種 CPU 模型都為從用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的轉(zhuǎn)換提供了特殊的指令，相反，一個程序執(zhí)行時，大部分時間都處 于用戶態(tài)下，只有需要內(nèi)核所提供的服務(wù)時才切換到內(nèi)核態(tài)。當(dāng)內(nèi)核滿足了用戶程序的請求后，它讓程序又回到用戶態(tài)下。 對于每一個進(jìn)程來說，它們都是動態(tài)的實(shí)體，在系統(tǒng)內(nèi)通常只有有限的生存期。創(chuàng)建、撤消以及同步現(xiàn)有進(jìn)程的任務(wù)都委托給內(nèi)核中的一組例程來完成。 內(nèi)核本身并不是一個進(jìn)程，而是進(jìn)程管理者。進(jìn)程 /內(nèi)核模式假定：請求內(nèi)核服務(wù)的進(jìn)程使用所謂系統(tǒng)調(diào)用 的特殊編程機(jī)制。每個系統(tǒng)調(diào)用都 設(shè)置了一組識別進(jìn)程請求的參數(shù)，然后執(zhí)行與硬件相關(guān)的 CPU 指令完成從用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的轉(zhuǎn)換。 另外，還有一些特權(quán)進(jìn)程叫作內(nèi)核線程，它們具有以下特 點(diǎn)： (1) 以內(nèi)核態(tài)運(yùn)行在內(nèi)核地址空間。 (2) 不與用戶直接交互，因此不需要終端設(shè)備 (3) 通常在系統(tǒng)啟動時建立，直到系統(tǒng)關(guān)閉。 內(nèi)核的工作不只是處理系統(tǒng)調(diào)用。實(shí)際上，可以有幾種方式激活內(nèi)核例程： 畢業(yè)論文 進(jìn)程調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用 ， 正在執(zhí)行進(jìn)程的 CPU 發(fā)出一個異常信號，異常是一些反常的情況，CPU 不得不處理的事件。 外圍設(shè)備向 CPU 發(fā)出一個中斷請求信號以通知一個事件的發(fā)生，如一個要求注意的請求、一個善忘的變化或一個 I/O 操作已經(jīng)完成等等 .每個中斷信號都是由內(nèi)核中的中斷處理程序來處理的。因?yàn)橥鈬O(shè)備與 CPU 異步操作，因此中斷是在不可預(yù)知的時間 發(fā)生的。 內(nèi)核線程被執(zhí)行。因?yàn)閮?nèi)核純種運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)，因此必須認(rèn)為期 相應(yīng)程序是內(nèi)核態(tài)的一部分。 進(jìn)程的用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)之間的轉(zhuǎn)換如 圖 進(jìn)程的用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)之間的轉(zhuǎn)換 所示： 圖 進(jìn)程的用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)之間的轉(zhuǎn)換 進(jìn)程的實(shí)現(xiàn) 為了讓內(nèi)核管理進(jìn)程，每個進(jìn)程由一個進(jìn)程描述符表示，這個描述符包含有關(guān)進(jìn)程當(dāng)前狀態(tài)的信息。 當(dāng)內(nèi)核暫停一個進(jìn)程的執(zhí)行時，就 把幾個相關(guān)處理器寄存器的內(nèi)容保存在進(jìn)程描述符中，這些寄存器包括： (1) 程序計數(shù)器和棧指針寄存器 (2) 通用寄存器 (3) 浮點(diǎn)寄存器 (4) 包含 CPU 狀態(tài)信息的處理器狀態(tài)寄存器 (5) 用來跟蹤進(jìn)程對 RAM 訪問的內(nèi)存管理寄存器 當(dāng)內(nèi)核決定恢復(fù)執(zhí)行一個進(jìn)程時，它用進(jìn)程描述符中合適的字段來裝載 CPU 寄存器。因?yàn)槌绦蛴嫈?shù)器中所存的值指向下一條將要執(zhí)行的指令，所以進(jìn)程從它停止的地方恢復(fù)執(zhí)行。 畢業(yè)論文 內(nèi)核同步機(jī)制和臨界區(qū) 對于一個單 CPU 的系統(tǒng)而言，實(shí)際上只有一個進(jìn)程能夠得到 CPU 及其他資源而獲運(yùn)行的機(jī)會，為了不讓所有進(jìn)程都無秩序的訪問某些資源，這就需要 對這些進(jìn)程進(jìn)行統(tǒng)一的安排和管理，內(nèi)核的同步機(jī)制正是為此設(shè)計。例如：如果內(nèi)核控制路徑對某個內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作時被掛起，那么，其他的內(nèi)核控制路徑就不應(yīng) 當(dāng)再對該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作，除非它已經(jīng)被重新設(shè)置一致性狀態(tài)。否 則，兩個控制路徑的交互作用將破壞所存儲的信息。 簡單而言，這也就是對資源訪問的一種競爭條件 ，同時這個資源，則稱為 臨界區(qū) 。 Linux 系統(tǒng)中常用的內(nèi)核同步機(jī)制有： 原子操作：操作必須以單個指令執(zhí)行，運(yùn)行期間不能夠被中斷，且避免其他的 CPU訪問 同一存儲單元。 自旋鎖： 當(dāng)內(nèi)核控制路路徑必須訪問共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或 進(jìn)入臨界區(qū)時，需要為自己獲取一把“鎖”。 資源正在被訪問時是上“鎖”的，這時其他想訪問資源的進(jìn)程需要等待， 它將會不斷的查詢資源是否可用， 直到資源被釋放。 信號量： 類似于自旋鎖 ，但等待資源忙時進(jìn)入睡眠，直到資源可用才 被 喚醒 。 Linux設(shè)備 驅(qū)動 層 設(shè)備驅(qū)動概述 設(shè)備驅(qū)動屬于內(nèi)核的一部分，對于一個特定的硬件設(shè)備來說，由于不同的設(shè)備存在不同的通信協(xié)議，它們的數(shù)據(jù)的存取可能需要不同的方式來實(shí)現(xiàn)，所以，對于 Linux 內(nèi)核，它是不可能包含所有硬件設(shè)備的驅(qū)動程序，因此，當(dāng)用戶需要在系統(tǒng)中添加一個新的設(shè)備時，可能需要用戶 自己編寫該設(shè)備的驅(qū)動程序。這樣， Linux 就可以實(shí)現(xiàn)對種類煩多的設(shè)備驅(qū)動。 由于設(shè)備驅(qū)動屬于內(nèi)核的一部分，而內(nèi)核態(tài)擁有操作系統(tǒng)的最高權(quán)限，驅(qū)動程序控制了操作系統(tǒng)與設(shè)備之間的交互訪問，如果驅(qū)動程序發(fā)生錯誤，很可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)崩潰。 設(shè)備驅(qū)動的分類 現(xiàn)在發(fā)行的 Linux 內(nèi)核已經(jīng)提供了非常完善的驅(qū)動程序構(gòu)架，用戶可以通過這些通用的驅(qū)動程序接口來實(shí)現(xiàn)某一設(shè)備的驅(qū)動。現(xiàn)有的驅(qū)動分類主要有兩大類： (1) 字符設(shè)備驅(qū)動 字符設(shè)備和普通文件之間的區(qū)別在于：普通文件可以來回讀 /寫，而大多數(shù)字符設(shè)備僅僅是數(shù)據(jù)通道，只能順序的讀 /寫。 但是不能完全排除字符設(shè)備模擬普通文件讀 /寫過程的可能性。字符設(shè)備是 Linux 最簡單的設(shè)備，用戶可以像訪問文件一樣訪問字符設(shè)備，畢業(yè)論文 在 VFS 的作用下，應(yīng)用程序可以使用標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)調(diào)用打開、讀取、寫和關(guān)閉，和普通文件的操作沒有任何區(qū)別。 (2) 塊設(shè)備驅(qū)動 和字符設(shè)備一樣，塊設(shè)備也支持像文件一樣的訪問。這種為打開的塊特殊文件提供正確的文件操作組的機(jī)制和字符設(shè)備的十分相似。 Linux 用 blkdevs 向量表維護(hù)已經(jīng)登記的塊設(shè)備文件。它像 chrdevs 一樣，使用設(shè)備的主設(shè)備號作為索引，它的條目也是device_struct 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 與字符設(shè)備不同的是，塊設(shè)備進(jìn)行分為兩大類： SCSI 和 IDE。 無論是字符設(shè)備還是塊設(shè)備，由于內(nèi)核為各類驅(qū)動統(tǒng)一了接口，所以對用戶而言，對這些設(shè)備的使用和操作并沒有多大的區(qū)別，這也正是 Linux 的優(yōu)點(diǎn)之一。 設(shè)備驅(qū)動重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) Linux 內(nèi)核提供了幾個比較重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)是所有驅(qū)動程序必須用到的，也是驅(qū)動程序中最基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ，它提供了設(shè)備的入口函數(shù) 。分別有： file_operations，inode 和 file 這三個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 file_operations 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ： 說明 ： 用于注冊設(shè)備驅(qū)動的 open()， write()， read()， release()等基本函數(shù) struct file_operations { struct module *owner。 loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int)。 ssize_t (*read) (struct file *, char *, size_t, loff_t *)。 /* 設(shè)備讀操作函數(shù) */ ssize_t (*write) (struct file *, const char *, size_t, loff_t *)。 /* 設(shè)備寫操作函數(shù) */ int (*readdir) (struct