華恒的嵌入式LINUX入門

1、Embedded LINUX Solutions華恒是國內(nèi)最早開發(fā)嵌入式Linux技術(shù)的公司之一。華恒先后推出 HYPERLINK :/ hhcn /chinese/sale.htm t _blank 國內(nèi)首款嵌入式Linux SOHO路由卡； HYPERLINK :/ hhcn /chinese/sale.htm 國內(nèi)首款面向手持設(shè)備和PDA的嵌入式Linux開發(fā)板； HYPERLINK :/ hhcn /chinese/sale.htm 國內(nèi)首款工控應(yīng)用嵌入式uCLinux開發(fā)板。華恒為客戶提供從硬件到系統(tǒng)軟件的開放平臺，為客戶的應(yīng)用開發(fā)提供低成本、高效、易用的互聯(lián)網(wǎng)接入綜合解決方案。采用

2、華恒嵌入式LINUX綜合解決方案： 高性價比：中國人自主開發(fā)，保證了該方案的低成本和高性能。領(lǐng)先的硬件設(shè)計開發(fā)能力：華恒是一家嵌入式Linux供應(yīng)商，可以提供硬件技術(shù)。其深厚的電信技術(shù)背景和豐富的嵌入式系統(tǒng)和Linux系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)經(jīng)驗，給客戶強大的信心和可靠性。技術(shù)支援。提供全中文軟硬件開發(fā)培訓(xùn)：為客戶帶來嵌入式處理器的開發(fā)調(diào)試技術(shù)、板級硬件設(shè)計和軟硬件系統(tǒng)集成技術(shù)能力。華恒與著名高校的研究機構(gòu)有著長期的合作協(xié)議，在微處理器制造領(lǐng)域與行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者進行了深度合作。這些良好的資源也為我們客戶的最終產(chǎn)品設(shè)計提供了強有力的支持。資源豐富：華恒長期支持并持續(xù)推出多個基于其嵌入式Linux開發(fā)平臺的開源項目

3、，并及時發(fā)布技術(shù)源代碼，為客戶開發(fā)提供技術(shù)指導(dǎo)和代碼支持。隨著微處理器的出現(xiàn)，嵌入式Linux提供了穩(wěn)定可靠的硬件架構(gòu)，低成本、緊湊的CPU和外圍連接，因此制約嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸突出在軟件上。盡管自1980年代后期以來，一些嵌入式操作系統(tǒng)陸續(xù)出現(xiàn)，但比較有名的有Vxwork、pSOS、Neculeus和Windows CE。但這些專業(yè)化的操作系統(tǒng)是商業(yè)產(chǎn)品，價格高昂，讓很多小公司望而卻步的低端產(chǎn)品；而且，封閉的源代碼也極大地限制了開發(fā)者的積極性。此外，根據(jù)國家的實際情況，國家對獨立操作系統(tǒng)的大力支持也為開源Linux的推廣提供了廣闊的發(fā)展前景。另外，對于上層應(yīng)用開發(fā)者來說，嵌入式系統(tǒng)需要一套

4、高度簡潔、界面友好、質(zhì)量可靠、應(yīng)用廣泛、易于開發(fā)、多任務(wù)、價格低廉的操作系統(tǒng)。在不久的將來，從冰箱到收音機的所有東西都將配備處理器。由于其開放性，許多人認為 Linux 非常適合大多數(shù) Internet 設(shè)備。他們認為Linux可以支持不同的設(shè)備，支持不同的配置。對供應(yīng)商而言，公正且成本極低，Linux 可以迅速成為各種設(shè)備的操作系統(tǒng)。如今，業(yè)界已經(jīng)達成共識：嵌入式linux是大勢所趨，其巨大的市場潛力和醞釀的無限商機，勢必會吸引眾多廠商進入這一領(lǐng)域。嵌入式操作系統(tǒng)主要有Palm OS、Windows CE、EPOC、LinuxCE、QNX、ECOS、LYNX。高端嵌入式系統(tǒng)需要許多高級功能，

5、例如圖形用戶界面和網(wǎng)絡(luò)支持。許多高端 RTOS 廠商已經(jīng)提供這些功能，但價格太高，一般人無法接受。微軟的Windows CE也有這樣的功能，但不具備大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)所需的實時性能，移植起來也很困難。也有人嘗試將基于 DOS 的系統(tǒng)與單獨的第三方工具組合在一起，但這種努力將是徒勞的?，F(xiàn)在需要的是一種廉價、成熟并提供高端嵌入式系統(tǒng)必要功能的操作系統(tǒng)。嵌入式Linux操作系統(tǒng)以其價格低廉、功能強大、易于移植等優(yōu)點被廣泛采用，成為一股新興力量。因此，很多企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)向嵌入式linux。 Linux 為嵌入式操作系統(tǒng)提供了一個非常有吸引力的選擇。它是一個類 Unix、基于內(nèi)核、完全受內(nèi)存保護、多任務(wù)、多進

6、程的操作系統(tǒng)。支持廣泛的計算機硬件，包括X86、Alpha、Sparc、MIPS、PPC、ARM、NEC、MOTOROLA等大多數(shù)現(xiàn)有芯片。程序源代碼全部開放，任何人都可以修改和分發(fā)根據(jù) GNU 通用公共許可證。這樣，開發(fā)者就可以自定義操作系統(tǒng)，而不必擔心MS Windows操作系統(tǒng)中的“后門”。威脅。同時，由于GPL的控制，大家開發(fā)的大部分東西都是相互兼容的，不會走向分裂的道路。當Linux用戶遇到問題時，他們可以通過互聯(lián)網(wǎng)咨詢互聯(lián)網(wǎng)上成千上萬的Linux開發(fā)者，這使得解決最困難的問題成為可能。 Linux擁有完善的Unix用戶熟悉的開發(fā)工具，幾乎所有Unix系統(tǒng)的應(yīng)用軟件都移植到了Linu

7、x上。 Linux還提供了強大的網(wǎng)絡(luò)功能，有多種可選的窗口管理器（X windows）。其強大的語言編譯器gcc、g+等也可以輕松獲取。不僅成熟完善，而且易于使用。選擇linux的理由可以應(yīng)用于多種硬件平臺。 Linux 已被移植到各種硬件平臺，這對于受開銷和時間限制的研發(fā)項目具有吸引力。原型可以在標準平臺上開發(fā)，然后移植到特定的硬件上，加快軟件和硬件的開發(fā)過程。 Linux 可以自由配置，無需任何許可或業(yè)務(wù)合作。免費提供源代碼。這是最吸引人的。毫無疑問，這將節(jié)省大量的開發(fā)成本。內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)支持。 Linux 的高度模塊化使得添加組件變得非常容易。 Linux 在桌面上的成功，讓大家看到了 Lin

8、ux 在嵌入式系統(tǒng)中的輝煌未來。嵌入式系統(tǒng)以及如何開發(fā)自己的嵌入式系統(tǒng)由 JoelR.Williams 提供大多數(shù) Linux 系統(tǒng)運行在 PC 平臺上，但 Linux 作為嵌入式系統(tǒng)也非常穩(wěn)定。本文描述了嵌入式系統(tǒng)的概述，并展示了嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品如何使用 Linux。嵌入式系統(tǒng)比摩西的故事更古老計算機用于控制設(shè)備或嵌入式系統(tǒng)的時間幾乎與計算機本身一樣長。在通信領(lǐng)域，在 1960 年代后期，計算機被用于稱為“存儲程序控制”系統(tǒng)的電子開關(guān)。 “計算機”一詞在當時并不常見，存儲程序意味著存儲有關(guān)程序和例程的信息。存儲控制邏輯，而不是在硬件中強化它，在當時確實是開創(chuàng)性的。今天，我們認為應(yīng)該如此。當時的

9、計算機是為每個應(yīng)用程序定制的，按照今天的標準，它們是一組不尋常的奇怪的特殊指令和集成到計算機中的 I/O 設(shè)備。微處理器通過提供小型、低成本的 CPU 引擎來構(gòu)建大型系統(tǒng)級模塊，從而改變了這一切。它提出了一種固定的硬件架構(gòu)，外設(shè)通過總線連接，以及一種稱為編程的通用編程模型。軟件還附帶硬件。最初，只有用于編寫和測試軟件的簡單編程開發(fā)工具。在每個項目上實際運行的軟件通常來自草稿的修訂。編程通常用匯編語言或宏語言完成，因為編譯器經(jīng)常有缺陷并且缺乏復(fù)雜的調(diào)試工具。軟件構(gòu)建塊和標準化庫是在 70 年代才流行起來的概念。嵌入式系統(tǒng)的商業(yè)操作系統(tǒng)直到 1970 年代后期才出現(xiàn)。許多是用匯編語言編寫的，僅適用

10、于特定的微處理器。當微處理器被淘汰時，它們的操作系統(tǒng)被 設(shè)備重寫，否則將被淘汰。今天，這些早期系統(tǒng)中的許多都是模糊的記憶。還有人記得 MTOS 嗎？ C語言出現(xiàn)后，操作系統(tǒng)編寫的效率、穩(wěn)定性和可移植性都得到了很大的提升。這立即體現(xiàn)在管理上，并為在微處理器過時保護軟件投資提供了希望。這對市場來說是個好消息。如今，用 C 編寫的操作系統(tǒng)越來越普遍。一般來說，可重用軟件已經(jīng)占據(jù)主導(dǎo)地位并且正在變得越來越好。八十年代初，我最喜歡的操作系統(tǒng)是 Wendon OS，你可以花大約 150 美元買到一個 C 源代碼庫。它是一個包，您可以在其中通過選擇組件來構(gòu)建自己的操作系統(tǒng)，類似于從菜單中訂購。例如，您可以點

11、擊圖書館列表中的工作調(diào)度和庫存管理解決方案。許多嵌入式系統(tǒng)的商業(yè)操作系統(tǒng)出現(xiàn)在 1980 年代。這種熱潮一直持續(xù)到今天，今天，有許多可行的商業(yè)操作系統(tǒng)可供選擇。出現(xiàn)了一些大牌，如 VxWorks、pSOS、Neculeus 和 Windows CE。許多嵌入式系統(tǒng)根本沒有操作系統(tǒng)，只有循環(huán)控制。這對于一些簡單的設(shè)備來說已經(jīng)足夠了，但是隨著系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，操作系統(tǒng)變得必要或者軟件變得難以置信地復(fù)雜。不幸的是，一些極其復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)之所以如此復(fù)雜，是因為它們的設(shè)計者堅持不運行操作系統(tǒng)。漸漸地，越來越多的嵌入式系統(tǒng)需要連接到各種類型的網(wǎng)絡(luò)，從而需要網(wǎng)絡(luò)能力。甚至酒店的門把手也嵌入了微處理器并聯(lián)網(wǎng)

12、。對于僅僅是一個編碼控制回路的嵌入式系統(tǒng)，添加網(wǎng)絡(luò)功能將導(dǎo)致需要操作系統(tǒng)的系統(tǒng)復(fù)雜性增加。除了商業(yè)操作系統(tǒng)之外，還有大量的專用操作系統(tǒng)。有的來自草稿，比如CISCO的IOS；其他是從其他操作系統(tǒng)派生的。例如，許多操作系統(tǒng)都源自同一版本的 Berkeley Unix 系統(tǒng)，因為它具有完整的網(wǎng)絡(luò)功能。其他的則基于主要操作系統(tǒng)，例如 Phil Karn 的 KA9Q。 Linux 作為嵌入式系統(tǒng)是一個新人，具有許多優(yōu)點。它便攜、穩(wěn)定、功能強大且易于開發(fā)，適用于許多 CPU 和硬件平臺。打破 ICE 壁壘的工具包 開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵是可用的工具包。像任何工作一樣，好的工具可以讓工作更快更好。不同的開

13、發(fā)階段需要不同的工具。傳統(tǒng)上，用于開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的第一個工具是電路仿真器 (ICE)，這是一個相對昂貴的組件，內(nèi)置在微處理器和總線之間的電路中，內(nèi)容用戶監(jiān)視和控制微控制器。所有進出處理器的信號。這有點難做，因為它是異體的并且可能導(dǎo)致不穩(wěn)定。但它提供了總線在做什么的清晰畫面，省去了很多關(guān)于底層硬件和軟件在做什么的猜測。過去，一些工作依賴 ICE 作為整個開發(fā)過程的主要調(diào)試工具。但是，一旦初始化軟件很好地支持了串口，大多數(shù)調(diào)試都可以在沒有 ICE 的情況下使用其他方法來完成。較新的嵌入式系統(tǒng)使用非常清晰的微處理器設(shè)計。有時，相應(yīng)的工作初始化代碼已經(jīng)具備快速讓串口工作的能力。這意味著人們可以在沒有

14、ICE 的情況下輕松工作。消除 ICE 可降低開發(fā)成本。串口一旦工作，就可以支持各種專業(yè)的開發(fā)工具。 Linux 是一個基于 GNU 的 C 編譯器，它與 gdb 源代碼調(diào)試器一起作為 GNU 工具鏈的一部分工作。它提供了用于開發(fā)嵌入式 Linux 系統(tǒng)的所有軟件工具。這些是用于在新硬件上開發(fā)嵌入式 Linux 系統(tǒng)的一些典型調(diào)試工具。 1.編寫或植入引導(dǎo)代碼2.將字符串的編碼打印到串口，比如“Hello World”（其實我更喜歡“Watson, Come hre I need you”，常用的第一個詞就可以了.) 3 .將 gdb 目標代碼插入工作串行端口，它可以與另一個運行 gdb 程序

15、的 Linux 主機系統(tǒng)通信。只需簡單地告訴 gdb 通過串行端口調(diào)試程序。它通過串口與測試機的gdb目標代碼進行通信。您可以調(diào)試 C 源代碼，也可以使用此功能將更多代碼加載到 RAM 或 Flash 存儲器中。 4、在Linux內(nèi)核啟動時，使用gdb使硬件和軟件初始化代碼工作。 5、Linux內(nèi)核啟動后，串口成為Linux控制口，可用于后續(xù)開發(fā)。使用kgdb，gdb的內(nèi)核調(diào)試版本，這一步通常不需要，如果你連接到10BaseT等網(wǎng)絡(luò)，你可能需要接下來啟用它。 6. 如果您的目標硬件上正在運行完整的 Linux 內(nèi)核，您可以調(diào)試您的應(yīng)用程序進程。使用其他 gdb 或覆蓋 gdb 圖形，例如 xg

16、db。什么是實時系統(tǒng)？嵌入式系統(tǒng)經(jīng)常被錯誤地歸類為實時系統(tǒng)，盡管大多數(shù)系統(tǒng)通常不需要實時功能。實時是一個相對術(shù)語，純粹主義者通常將實時嚴格定義為在極短的時間內(nèi)（例如微秒）以預(yù)定方式對事件的響應(yīng)。在 ASIC 上實現(xiàn)。這僅在設(shè)計低級硬件 FIFO、分散/聚集 DMA 引擎和定制硬件時才需要。許多設(shè)計人員對實時需求感到焦慮，因為他們對真實需求有清晰的了解。對于大多數(shù)系統(tǒng)來說，一到五微秒的近乎實時的響應(yīng)就足夠了。軟需求也是可以接受的。 Windows 98 等已經(jīng)崩潰的中斷必須在 4ms (98%) 或 20ms (0) 內(nèi)處理。這樣的軟需求比較容易滿足，包括環(huán)境轉(zhuǎn)換時間、中斷等待時間、任務(wù)優(yōu)先級和

17、排序。環(huán)境轉(zhuǎn)換時間曾經(jīng)是操作系統(tǒng)中的熱門話題?？偠灾蠖鄶?shù) CPU 都可以很好地處理這些要求，而且由于 CPU 現(xiàn)在速度快得多，所以這個問題并不重要。嚴格的實時要求通常由中斷例程或其他內(nèi)核環(huán)境驅(qū)動程序函數(shù)處理，以確保穩(wěn)定的性能、延遲和請求出現(xiàn)后的服務(wù)時間，很大程度上取決于中斷的優(yōu)先級和其他可以暫時屏蔽中斷的因素。軟件。與許多其他操作系統(tǒng)一樣，必須處理和管理中斷以確保滿足時序要求。在 Intel X86 處理器上，這項工作很容易被 Linux 實時擴展處理。這是為了提供一個中斷處理調(diào)度程序，用于將 Linux 作為后臺任務(wù)運行。關(guān)鍵中斷響應(yīng)不必通知 Linux。因此，可以對關(guān)鍵時鐘進行大量控

18、制。提供實時控制級別和具有寬松時間限制的基本 Linux 級別之間的接口，提供類似于其他嵌入式操作系統(tǒng)的實時框架。因此，實時關(guān)鍵代碼被隔離并“設(shè)計”以滿足要求。代碼處理的結(jié)果可能只是以更總則方式在應(yīng)用程序任務(wù)級別。嵌入式系統(tǒng)定義一個觀點是，如果一個應(yīng)用程序沒有用戶界面，它必須是嵌入式的，因為用戶不能直接與之交互。當然，這是一種簡化。電梯控制計算機被認為是嵌入式的：按鈕選擇樓層，指示燈顯示電梯的?？繕菍?。對于聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)，如果系統(tǒng)包含用于監(jiān)視和控制的 Web 瀏覽器，則界限會變得更加模糊。更好的定義側(cè)重于系統(tǒng)的集中功能和主要目的。因為 Linux 提供了執(zhí)行嵌入式功能所需的基本內(nèi)核和所有用戶

19、界面，所以它是多方面的。它可以處理嵌入式任務(wù)和用戶界面。將 Linux 視為一個連續(xù)體，從具有存儲管理、任務(wù)切換、時間服務(wù)和其他衍生產(chǎn)品的微內(nèi)核到支持所有文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的完整服務(wù)器。一個小型的嵌入式 Linux 系統(tǒng)只需要以下三個基本要素：引導(dǎo)工具Linux 微內(nèi)核，它由內(nèi)存管理、進程管理和事務(wù)處理組成一個初始化進程：如果你想讓它做某事并保持它的小，你有添加 Top：其硬件驅(qū)動程序提供所需功能的一個或多個應(yīng)用程序。要添加功能，這些可能需要TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)堆棧的文件系統(tǒng)（可能在 ROM 或 RAM 中）來存儲半轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)和用于交換的磁盤。硬件平臺選擇最好的硬件是一項復(fù)雜的工作，充滿了政治、偏

20、見、傳統(tǒng)，并且缺乏關(guān)于公司其他項目的完整或準確的信息。成本通常是一個關(guān)鍵問題。在考慮成本時，請確保您考慮的是產(chǎn)品的全部成本，而不僅僅是 CPU。有時，一旦您添加總線邏輯和延遲以使其與外圍設(shè)備一起使用，快速、廉價的 CPU 可能會變成昂貴的狗產(chǎn)品。如果要找軟件，首先是硬件已經(jīng)有產(chǎn)品了。如果您是系統(tǒng)設(shè)計人員，您可以自行制定實時預(yù)算以及硬件是否運行良好。實際上需要多快的 CPU 才能完成一項工作，然后將速度提高三倍。奇怪，CPU的理論速度和現(xiàn)實中的一樣，別忘了應(yīng)用程序會充分利用緩存。想象一下總線需要多快，如果還有其他總線，例如 PCI 總線，包括在內(nèi)。慢速總線或帶有 DMA 阻塞的總線會降低 CPU

21、 的速度并導(dǎo)致?lián)砣＞哂屑稍O(shè)備的 CPU 很好，因為需要調(diào)試的設(shè)備很少，而且支持通用 CPU 的驅(qū)動程序通常很容易獲得。在我的項目中，芯片和外設(shè)的連接經(jīng)常會出現(xiàn)故障或者不符合我們需要的兼容性。由于外設(shè)是集成的，不要以為這會便宜。把一個 10 磅的 Linux 塞進一個 5 磅的包里對 Linux 的一個普遍理解是，它對于嵌入式系統(tǒng)來說是驚人的。這可能不對，典型 PC 上的 Linux 對于 PC 用戶來說非常實用。對于初學(xué)者來說，內(nèi)核可以與任務(wù)分離，標準的 Linux 內(nèi)核通常駐留在內(nèi)存中，每個應(yīng)用程序都從磁盤傳送到內(nèi)存中執(zhí)行。當程序結(jié)束時，它占用的內(nèi)存被釋放，程序被下載。在嵌入式系統(tǒng)中，可

22、能沒有磁盤。有兩種方法可以消除對磁盤的依賴，具體取決于系統(tǒng)的復(fù)雜性和硬件的設(shè)計。在一個簡單的系統(tǒng)中，內(nèi)核和所有應(yīng)用程序在系統(tǒng)啟動時都存在。這是大多數(shù)傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的工作模式，Linux也可以支持。對于 Linux，還有第二種可能性。因為 Linux 已經(jīng)具備“加載”和“卸載”程序的能力，嵌入式系統(tǒng)可以利用它來節(jié)省內(nèi)存?？紤]一個包含大約 8MB 到 16MB 閃存和 8MB RAM 的典型系統(tǒng)。閃存可用作文件系統(tǒng)。 Flash Memory 驅(qū)動程序用于連接Flash Memory 和文件系統(tǒng)。作為替代方案，可以使用閃存盤。此 Flash 組件使用軟件模擬磁盤。一個例子是 M-Systems 的

23、 DiskOnChip，它可以達到 160MB。 （.m 系統(tǒng)。）。所有程序都以文件的形式存儲在Flash文件中，需要時可以加載。這種動態(tài)的“按需加載”功能是支持一系列其他功能的重要特性：它內(nèi)容在系統(tǒng)啟動后釋放初始化代碼。 Linux 也有許多在內(nèi)核外運行的實用程序。這些例程通常在初始化時運行一次，并且不再運行。此外，這些實用程序可以以彼此共享的方式一個接一個地依次運行。這樣，同一個內(nèi)存空間就可以被重復(fù)使用來“調(diào)用”每個程序，就像系統(tǒng)啟動一樣。這確實節(jié)省了內(nèi)存，特別是對于配置一次且永不更改的網(wǎng)絡(luò)堆棧。如果內(nèi)核中包含 Linux 可加載模塊功能，則可以加載驅(qū)動程序和應(yīng)用程序。它可以檢查硬件環(huán)境并

24、為硬件安裝相應(yīng)的軟件。這消除了使用一個程序占用大量閃存來處理多個硬件的復(fù)雜性。軟件升級更加模塊化。您可以在系統(tǒng)運行時更新 Flash 上的應(yīng)用程序和可加載驅(qū)動程序。配置信息和運行時參數(shù)可以作為數(shù)據(jù)文件存儲在 Flash 中。非虛擬存儲標準 Linux 的另一個特性是虛擬存儲的能力。正是這個神奇的特性，讓應(yīng)用程序員可以不顧后果地瘋狂地編寫代碼，不管程序有多大。程序溢出到磁盤交換區(qū)。在沒有磁盤的嵌入式系統(tǒng)中，這通常是不可能的。嵌入式系統(tǒng)不需要這種強大的功能。事實上，您可能不希望在實時關(guān)鍵系統(tǒng)中使用它，因為它引入了無法控制的時序因素。該軟件必須設(shè)計得更加穩(wěn)健，以適應(yīng)市場上的物理內(nèi)存，就像任何其他嵌入

25、式系統(tǒng)一樣。請注意，由于 CPU 的原因，在 Linux 中保留虛擬內(nèi)存代碼通常是明智的，因為清除它非常昂貴。另一個原因是它支持共享文本，因此許多程序可以共享一個軟件。沒有這個，每個程序都會有自己的庫，就像 printf 一樣。可以關(guān)閉虛擬內(nèi)存的加載功能，只要將交換空間的大小設(shè)置為零即可。然后，如果您編寫的程序比實際的大，系統(tǒng)會將其視為您的交換空間已用完；程序不會運行，否則 malloc 會失敗。在許多 CPU 上，虛擬內(nèi)存提供內(nèi)存管理，將不同的程序與寫入其他地址空間分開。這在僅支持簡單、平坦地址空間的嵌入式系統(tǒng)上通常是不可能的。 Linux 的這一特性有助于它成長。它減少了隨機編程導(dǎo)致系統(tǒng)崩

26、潰的可能性。許多嵌入式系統(tǒng)出于效率原因有意識地使用可以在程序之間共享的“全局”數(shù)據(jù)。 Linux 共享內(nèi)存特性也可以支持這一點，只共享指定的內(nèi)存部分。文件系統(tǒng)許多嵌入式系統(tǒng)沒有磁盤或文件系統(tǒng)。 Linux 不需要它們來運行。如前所述，應(yīng)用程序任務(wù)可以使用內(nèi)核編寫并在啟動時作為映像加載。對于簡單的系統(tǒng)，這就足夠了。但是，它缺乏上述靈活性。事實上，許多商業(yè)嵌入式系統(tǒng)都提供文件系統(tǒng)作為選項。許多是專有文件系統(tǒng)或與 MS-DOS 兼容的文件系統(tǒng)。 Linux 提供了與 MS-DOS 兼容的文件系統(tǒng)，還有許多其他選項。提供了其他選項，因為它們更健壯且容錯。 Linux 還具有商業(yè)供應(yīng)商通常不提供的檢查和

27、維護功能。這對于通過網(wǎng)絡(luò)更新的 Flash 系統(tǒng)尤其重要。如果系統(tǒng)在升級過程中失去了功能，那就沒用了。維護的功能通常可以解決這類問題。文件系統(tǒng)可以放置在傳統(tǒng)的磁盤驅(qū)動器、閃存或其他此類介質(zhì)上。此外，對于臨時保存文件，一個小的 RAM 磁盤就足夠了。閃存被分成塊。這些塊可能包括一個引導(dǎo)塊，其中包含在 CPU 啟動時運行的初始軟件。這可能包括 Linux 引導(dǎo)代碼。剩余的 Flash 可以用作文件系統(tǒng)。 Linux 內(nèi)核可以通過引導(dǎo)代碼從 Flash 復(fù)制到 RAM，或者，內(nèi)核可以存儲在 Flash 的單獨部分中并直接從那里執(zhí)行。對于某些系統(tǒng)來說，另一個有趣的選擇是包含一個便宜的 CD-ROM。這

28、比閃存便宜，并且支持通過交換 CD-ROM 輕松升級。這樣，Linux 就從 CD-ROM 啟動，并像從硬盤中一樣從 CD-ROM 中獲取所有程序。最后，對于聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)，Linux 支持 NFS（網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)）。這為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的許多增值功能打開了大門。首先，它內(nèi)容通過網(wǎng)絡(luò)加載應(yīng)用程序。這是控制軟件修改的基礎(chǔ)，因為每個嵌入式系統(tǒng)的軟件都可以加載到一個通用的服務(wù)器上。它還可用于在運行時輸入或輸出大量數(shù)據(jù)、配置和狀態(tài)信息。這是用戶監(jiān)督和控制的一個非常強大的功能。例如，嵌入式系統(tǒng)可以創(chuàng)建一個小型 RAM 磁盤，其中包含與當前狀態(tài)信息同步的文件。其他系統(tǒng)可以簡單地將這個 RAM 磁盤設(shè)置為基于網(wǎng)絡(luò)的

29、遠程磁盤并通過無線方式訪問狀態(tài)文件。這內(nèi)容另一臺機器上的 Web 服務(wù)器通過簡單的 CGI 腳本訪問狀態(tài)信息。在其他計算機上運行的其他應(yīng)用程序包可以輕松訪問數(shù)據(jù)。對于更復(fù)雜的監(jiān)控，可以使用 Matlab (.mathworks./products/matlab/) 等應(yīng)用程序包在操作員的 PC 或工作站上提供系統(tǒng)操作的圖形表示。 LILO 和 BIOS 的引導(dǎo)位置 當微處理器第一次啟動時，它開始在預(yù)設(shè)地址處執(zhí)行指令。通常那里有一些只讀存儲器，包括初始化或引導(dǎo)代碼。在 PC 上，這是 BIOS。它執(zhí)行一些低級 CPU 初始化和其他硬件配置。 BIOS 繼續(xù)識別哪個磁盤具有操作系統(tǒng)，將操作系統(tǒng)復(fù)制

30、到 RAM 并轉(zhuǎn)向它。實際上，這很復(fù)雜，但對我們的目標也很重要。在 PC 上運行的 Linux 依賴 PC 的 BIOS 來提供這些配置和操作系統(tǒng)加載功能。嵌入式系統(tǒng)中通常沒有這樣的 BIOS。然后您必須提供等效的啟動代碼。幸運的是，嵌入式系統(tǒng)不需要 PC BIOS 引導(dǎo)加載程序的靈活性，因為它通常只需要處理一個硬件的配置。這段代碼更簡單也更無聊。它只是一個指令列表，將固定數(shù)字填充到硬件寄存器中。但是，這是關(guān)鍵代碼，因為這些值必須與您的硬件相匹配并按特定順序排列。所以在大多數(shù)情況下，一個最小的 POST 模塊可以檢查內(nèi)存是否正常運行、閃爍 LED 并驅(qū)動其他必要的硬件來啟動和運行主 Linux

31、 操作系統(tǒng)。這些啟動代碼完全由硬件決定，不能隨意移動。幸運的是，許多系統(tǒng)都有為核心微處理器和內(nèi)存定制的菜單驅(qū)動硬件設(shè)計。通常，芯片制造商有一個樣本主板，可以用作與新設(shè)計或多或少相同的設(shè)計的參考。通常這些基于菜單的設(shè)計的啟動代碼是可用的，可以根據(jù)您的需要輕松修改。在少數(shù)情況下，需要重寫啟動代碼。要測試此代碼，您可以使用包含“模擬存儲器”的電路仿真器，該模擬存儲器可用于代替目標存儲器。您將代碼加載到模擬器中并通過模擬器對其進行調(diào)試。如果這不起作用，您可以跳過這一步，但這將需要更長的調(diào)試周期。這段代碼最終會在更穩(wěn)定的內(nèi)存上運行，通常是 Flash 或 EPROM 芯片。您需要使用某種方法將代碼放在芯

32、片上。如何做到這一點取決于“目標”硬件和工具。一種流行的方法是將 Flash 或 EPROM 芯片插入 EPROM 或 Flash 刻錄機。這會將您的程序“燒錄”（存儲）到芯片中。然后，將芯片插入目標板的插座并打開電源。這種方法需要板上有插座，但有些設(shè)備不能配備插座。另一種方法是通過 JTAG 接口。一些芯片具有可用于對芯片進行編程的 JTAG 接口。這是最方便的方法。芯片可以永久焊接到主板上，用一根小電纜從板上的 JTAG 連接器（通常是 PC 卡）連接到 JTAG 接口。以下是 PC 運行 JTAG 接口所需的一些習(xí)語。該設(shè)備也可用于小規(guī)模生產(chǎn)。魯棒性比政治家承諾的更可靠在 PC 硬件上運

33、行時，Linux 非?？煽亢头€(wěn)定，尤其是與當今流行的一些操作系統(tǒng)相比。嵌入式內(nèi)核本身的穩(wěn)定性如何？ Linux 非常適合大多數(shù)微處理器。移植到新微處理器系列的 Linux 內(nèi)核與該微處理器一樣穩(wěn)定運行。它通常被移植到一個或多個特定的主板上。這些板包括特定的外圍設(shè)備和 CPU。幸運的是，很多代碼都是特定于處理器的，所以移植的重點是不同之處。其中大部分是在存在管理和中斷控制領(lǐng)域。一旦成功移植，它們非常穩(wěn)定。正如我們前面所討論的，啟動策略很大程度上取決于硬件要求，您必須計劃做一些自定義工作。設(shè)備驅(qū)動程序更令人困惑：一些穩(wěn)定，一些不穩(wěn)定。而且選擇有限；一旦離開通用 PC 平臺，就需要自己編寫。幸運的是

34、，周圍有很多驅(qū)動程序，您也許可以找到一個具有與您的需求相似的修改的驅(qū)動程序。此驅(qū)動程序接口已定義。許多類型的驅(qū)動程序非常相似，因此將磁盤、網(wǎng)絡(luò)或一系列端口驅(qū)動程序從一個設(shè)備移植到另一個設(shè)備通常并不困難。我發(fā)現(xiàn)許多驅(qū)動程序都寫得很好并且易于理解，但您仍然希望手頭有一本關(guān)于核架構(gòu)的書。根據(jù)我的經(jīng)驗，Linux 至少與我使用過的著名商業(yè)操作系統(tǒng)一樣穩(wěn)定?？傊@些操作系統(tǒng)和 Linux 的問題是對微秒如何工作的誤解，而不是代碼的難度或基本的設(shè)計錯誤。關(guān)于任何操作系統(tǒng)都有很多有爭議的故事，這里不需要重復(fù)。 Linux 的優(yōu)勢在于源代碼是公開的、有良好注釋的和有據(jù)可查的。這樣，您可以控制和處理出現(xiàn)的任何

35、問題。除了基本內(nèi)核和驅(qū)動程序之外，還有其他問題。如果系統(tǒng)有硬盤，那么文件系統(tǒng)的可靠性是個問題。我們有兩年多的使用磁盤設(shè)計 Linux 系統(tǒng)的經(jīng)驗。這些系統(tǒng)幾乎從不正常關(guān)閉。電源隨時可能中斷。使用標準（EXT2）文件系統(tǒng)感覺非常好。標準的 Linux 初始化腳本運行 fsck 程序，該程序在檢查和清除不穩(wěn)定的 inode 方面非常有效。明智的做法是將默認值更改為每 30 秒運行一次更新程序為每 5 或 10 秒運行一次。這減少了數(shù)據(jù)在進入磁盤之前在高速緩存中花費的時間，從而降低了丟失數(shù)據(jù)的可能性。如何開發(fā)嵌入式 Linux 確實有其缺陷。例如，雖然它并不比它的一些商業(yè)競爭對手差多少，但它是一個貪

36、婪的記憶。這可以通過刪除一些不必要的功能來彌補，但它可能需要很長時間，如果不小心可能會很煩人。許多 Linux 應(yīng)用程序使用虛擬內(nèi)存，這在許多嵌入式系統(tǒng)中沒有任何價值，因此不要假設(shè)沒有磁盤的嵌入式系統(tǒng)可以運行任何 Linux 應(yīng)用程序。核調(diào)試工具不是很好，尤其是在較低級別。 kgdb 可以輕松定位錯誤，您只需要重新啟動即可。不幸的是，打印語句更麻煩。然而，對我來說最糟糕的是心理問題。 Linux 非常靈活。嵌入式系統(tǒng)通常不靈活；它們被嚴格設(shè)計為最有效地執(zhí)行其預(yù)期功能。趨勢是保持靈活性，保持整體目標功能，并盡可能少地進行更改。這個目標是崇高的，但要付出的代價將是具體工作的巨大調(diào)整。保持靈活性會導(dǎo)

37、致額外的工作、額外的包，有時還會導(dǎo)致性能下降。一個反復(fù)出現(xiàn)的例子是配置?？紤]在 Web 界面上配置 IP 地址，這通常通過從啟動腳本運行 ifconfig 程序來完成。這是一個 28K 的程序，它從配置文件中調(diào)用數(shù)據(jù)，并且可以用幾行代碼替換以初始化適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)。然而，即使這是完全合理的，它仍然是有害的，因為它以一種以前從未使用過的方式扭曲了軟件。 Linux在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用是可行的。實用可靠，開發(fā)成本與更換相同。隨著 CE（消費電子）供應(yīng)商繼續(xù)爭奪市場份額，消費者要求設(shè)計人員在每個新產(chǎn)品或產(chǎn)品升級中加入更多功能。用戶不再滿足于只提供一種功能的設(shè)備。手機、媒體播放器、數(shù)碼相機、游戲機、收音機和

38、電視機等各種多功能設(shè)備都在爭奪消費者錢包里的錢。對于這種復(fù)雜性，32b 處理器、網(wǎng)絡(luò)連接、全圖形、安全和多線程 HYPERLINK :/ ednchina /word/70724.aspx o 軟件 軟件已成為新設(shè)計的標準。鑒于 CE 產(chǎn)品的體積龐大且利潤微薄，設(shè)計團隊正在研究和利用 Linux 操作系統(tǒng)來解決軟件負擔。 Linux 的幾個特性使其非常適合 CE 項目。 Linux 最初吸引設(shè)計師的是它的免費源代碼、無許可費和每臺設(shè)備的版稅。與機構(gòu)開發(fā)或商業(yè)化的操作系統(tǒng)相比，這些成本相當高，在項目生命周期內(nèi)增加了數(shù)千美元。成本競爭和預(yù)算限制迫使軟件開發(fā)團隊為新項目考慮免版稅軟件，例如 Linu

39、x。 Linux 包括內(nèi)核、作業(yè)控制環(huán)境和應(yīng)用程序。 Linux內(nèi)核的基本架構(gòu)包括內(nèi)存管理、進程調(diào)度、文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)接口。內(nèi)存管理器使多個程序能夠安全地共享系統(tǒng)內(nèi)存，而進程調(diào)度程序確保程序可以公平地訪問 CPU。虛擬文件系統(tǒng)隱藏了硬件的細節(jié)，為用戶提供了一個通用的文件接口。 Linux內(nèi)核占用RAM比1MB少，作業(yè)控制環(huán)境提供用戶界面，可以簡單到命令行，也可以復(fù)雜到Windows圖形界面。當設(shè)計人員從用于 8b 和 16b 處理器的功能有限的“自己構(gòu)建”操作系統(tǒng)轉(zhuǎn)向超出部門軟件團隊能力或預(yù)算的復(fù)雜應(yīng)用程序時，Linux 應(yīng)運而生。這些開發(fā)人員習(xí)慣于維護自己的軟件包，Linux 許可協(xié)議符合他們

40、的口味。開源 Linux 增加了一些功能，例如內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)支持和圖形，可以在新項目開發(fā)中節(jié)省大量編碼和集成時間。隨著新一代高速、低成本 32b 處理器和 Linux 的發(fā)展，開發(fā)人員發(fā)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的實時性要求不再是負擔。盡管數(shù)據(jù)速率有所提高，但用戶 I/O 時序保持相對穩(wěn)定，程序員有更多時鐘周期可用于處理當今高速處理器的 I/O 請求。 Linux 并非旨在提供決定性的性能，而是用于以前需要實時操作系統(tǒng)的某些應(yīng)用程序中。低開銷Linux 是模塊化的，內(nèi)容開發(fā)人員構(gòu)建適合每個設(shè)備內(nèi)存的小型修改軟件包，從而消除專用通用操作系統(tǒng)的代碼開銷。 Linux 還支持大量的微處理器，使其最適合不斷變化的消費市場

41、。因為設(shè)計人員可以將 Linux 移植到最常見的嵌入式處理器上，所以沒有軟件限制迫使開發(fā)人員改變硬件決策。設(shè)計人員可以從僅滿足當前需求的低成本微處理器開始生產(chǎn)，并且可以隨著設(shè)備需求和功能的擴展輕松升級到更強大的 CPU。 Linux 開發(fā)人員會定期更新內(nèi)核以包含來自用戶社區(qū)的插件和建議。有關(guān)最新內(nèi)核的信息可以在 HYPERLINK :/ / .找到，并且可以下載最新版本。 2.6 版現(xiàn)在包括許多搶占點，內(nèi)容調(diào)度程序暫停工作任務(wù)并啟動更高優(yōu)先級的進程。進程調(diào)度算法已被重寫，以加快多任務(wù)應(yīng)用程序中的作業(yè)切換。除了實時改進之外，2.6 版還有一些有益于消費設(shè)備應(yīng)用程序的更新。例如，藍牙和 USB 2

42、.0 等增強外設(shè)選項、ALSA（高級 Linux 聲音架構(gòu)）使應(yīng)用程序能夠處理多個音頻流，而 Video4Linux 增加了一個視頻子系統(tǒng)。深度嵌入式系統(tǒng)的附加更新也占用很小的空間，適用于容量有限的應(yīng)用程序。 Linux 許可協(xié)議對消費設(shè)備開發(fā)人員既有積極的影響，也有消極的影響。從好的方面來說，您可以下載免費的 Linux 副本并在您自己的產(chǎn)品中使用它而無需支付版稅，而且您可以隨心所欲地使用它。 Linux 根據(jù) GNU 的 GPL（通用公共許可證）使用規(guī)則獲得許可。如果您修改和重新分發(fā) GPL 軟件，您的修改也自動符合 GPL 并且必須公開。只要應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動程序與 Linux 內(nèi)核無關(guān)

43、并且不包含 GPL 代碼，它們就可以保持專有。但是代碼隔離對于小型消費設(shè)備的開發(fā)人員來說是一個問題，因為他們將所有軟件都保存在一個 ROM 中。除了許可的不確定性，Linux 用戶還面臨其他非技術(shù)因素。例如，SCO（圣克魯斯行動）組織提出了法律挑戰(zhàn)，聲稱 Linux 包含專有 Unix 代碼的殘余，并強制更改核心，甚至要求獲得專利資金。 2005 年 12 月，SCO 集團對 UNIX 知識產(chǎn)權(quán)的原始所有者、現(xiàn)在的 Linux 開發(fā)人員 Novell 提起了長期訴訟。 SCO 爭議的最新消息和完整歷史可以在 Linux Online, HYPERLINK :/ / .上查看。內(nèi)核補充開發(fā)人員預(yù)

44、見到在開源 Linux 環(huán)境中存在軟件損壞的可能性。如果 A 公司決定修改 Linux 內(nèi)核以解決其產(chǎn)品中的集成問題，而 B 公司進行了類似但不兼容的修改，那么現(xiàn)在有三個 Linux 版本。當下一次官方 Linux 更新發(fā)布時，兩家公司都必須搜索修改后的代碼，重新合并這些更改，或者繼續(xù)使用舊版本。最聰明的選擇可能不是修改內(nèi)核，而是使用源代碼進行調(diào)試，或者了解 Linux 的功能?，F(xiàn)在，Linux 社區(qū)利用復(fù)雜系統(tǒng)的升級提案和發(fā)布，成功地阻止了多個版本的出現(xiàn)。盡管 HYPERLINK :/ ednchina /word/70721.aspx o Linux Linux是一個免費的 HYPERLI

45、NK :/ ednchina /word/70720.aspx o 操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)，但許多設(shè)計人員仍然希望為專業(yè)支持、特殊工具、定制服務(wù)和預(yù)打包配置付費，以促進 HYPERLINK :/ ednchina /word/70723.aspx o 開發(fā) 開發(fā)過程。商業(yè)供應(yīng)商提供定制的嵌入式配置、用戶支持包、開發(fā)工具包、應(yīng)用示例和咨詢服務(wù)，作為 Linux 的增強功能。但與將用戶限制在單一來源的商業(yè)專有操作系統(tǒng)不同，Linux 用戶仍然可以自由地從任何其他供應(yīng)商那里獲得支持。看到 Linux 在 CE 產(chǎn)品中的日益普及，一些商業(yè) RTOS（實時操作系統(tǒng)）供應(yīng)商也加入了開源運動， HYPERLIN

46、K :/ ednchina /word/70724.aspx o 軟件 為嚴格實時的應(yīng)用程序提供定制分發(fā)、開發(fā)工具、支持和推廣他們自己的專有軟件.例如，Wind River 產(chǎn)品線經(jīng)理 Glenn Seiler 這樣總結(jié)公司的戰(zhàn)略：“市場需要一個選擇。在某些情況下，市場想要一個 RTOS，但由于嚴格的實時要求或小尺寸要求，市場需要一些客戶仍然討厭的 RTOS . GPL 概念。其他已經(jīng)進行了大量現(xiàn)有投資的用戶也希望繼續(xù)使用 RTOS。 Seiler 還描述了其他想要快速創(chuàng)新的好處、免版稅模式、想要控制源代碼、想要保持相同的供應(yīng)商獨立性并且不擔心 GPL 的客戶。這些客戶的態(tài)度更多的是 Linu

47、x他說，“我們希望提供一種能夠同時滿足 RTOS 客戶和 Linux 客戶的解決方案?！彼忉屨f，“我們的方法采用了基于 Workbench 工具套件的策略，這是一種萬能的生命周期產(chǎn)品它涵蓋了從電路板設(shè)計到固件開發(fā)一直到核心板支持開發(fā)、應(yīng)用程序開發(fā)和調(diào)試的所有內(nèi)容?！?Wind River 的 Workbench 套件建立在開源 Eclipse 集成開發(fā)環(huán)境（圖 1）之上。同樣，MontaVista Software 提供 Linux CEE（消費電子版）、 HYPERLINK :/ ednchina /word/70722.aspx o 設(shè)備 嵌入式操作系統(tǒng)和 CE設(shè)備的交叉開發(fā)環(huán)境。該軟件

48、包具有動態(tài)電源管理、增強的文件系統(tǒng)、用于系統(tǒng)性能調(diào)整的新開發(fā)工具、處理器和外圍設(shè)備支持、用于應(yīng)用程序開發(fā)以與示例實用程序、庫和驅(qū)動程序一起使用的交叉開發(fā)工具等。 CEE 支持飛思卡爾、英特爾、瑞薩和德州儀器為消費類設(shè)備定制的各種處理器。 MontaVista 還為無線手機和移動產(chǎn)品提供適用于移動設(shè)備的 Linux (Mobilinux)，滿足他們對電源管理、嚴格的實時性能、快速啟動和小尺寸的需求（圖 2）。TiVo 領(lǐng)先許多 CE 設(shè)備都與 Linux 操作系統(tǒng)相結(jié)合，但 TiVo 個人錄像機是最廣為人知的。 TiVo Linux 也是發(fā)燒友最喜歡修改的軟件。修改后，您可以使用更大的硬盤或通過

49、添加硬盤來增加存儲容量，或者將錄制的節(jié)目傳輸?shù)接嬎銠C或其他設(shè)備。 Linux 可能成為索尼下一代游戲機 PlayStation 3 軟件包的一部分，該游戲機預(yù)計將于 2006 年春季上市。最近推出的諾基亞 770 互聯(lián)網(wǎng)平板電腦也使用了 Linux，該平板電腦具有 802.11、USB 和藍牙功能連接性、800 x 480 像素觸摸屏和 64 MB 閃存（圖 3）。除了網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，770 還配備了電子郵件客戶端、媒體播放器、文件管理器、游戲和幾個通用應(yīng)用程序。諾基亞 770 可在線購買，售價 360 美元。在今年拉斯維加斯的消費電子展上，Sonos 推出了基于 Linux 的 ZonePlay

50、er ZP80（如圖），它是無線系統(tǒng)的一部分，使用戶能夠?qū)?shù)字音樂流式傳輸?shù)郊抑械囊纛l設(shè)備。一旦您使用模擬或數(shù)字輸出將 ZP80 連接到任何音頻放大器設(shè)備，該設(shè)備就會成為無線、多房間數(shù)字音樂系統(tǒng)的一部分，您可以使用彩色 Sonos 控制器進行操作。 ZP80 包括一個自動檢測的線路輸入連接器，可以對任何傳入的音頻源進行數(shù)字編碼，例如 Apple iPod、CD 播放器或衛(wèi)星收音機。 Sonos ZonePlayer ZP80 零售價為 349 美元。如果您對 CE 使用的 Linux 比較陌生，您可以前往 CELF（消費電子 Linux 論壇）獲取新聞、討論和自定義源代碼。該論壇的目標是通過公

51、開指定和管理面向 CE 的代碼來增強用于 CE 設(shè)備的 Linux 的功能。您還可以在 HYPERLINK :/ linuxdevices / .linuxdevices找到有關(guān) Linux CE 產(chǎn)品的信息。這包括有關(guān) Linux 編程的最新新聞、文章和教程、現(xiàn)有分銷商以及有關(guān)嵌入式系統(tǒng)主題的論壇。當下一代 CE 設(shè)備進入市場時，設(shè)計人員必須準備好提供具有復(fù)雜用戶界面、網(wǎng)絡(luò)連接和實時數(shù)據(jù)安全功能的定制應(yīng)用軟件。 Linux 提供了一個免版稅的開源操作系統(tǒng)，并且內(nèi)置了一些這樣和那樣的特性。事實上，互聯(lián)網(wǎng)上有數(shù)百萬免費的 Linux 兼容軟件支持 CE 開發(fā)項目。有了這些好處以及越來越多的技術(shù)愛

52、好者，Linux 在 CE 行業(yè)一定有一個光明的未來。 HYPERLINK :/ /online/arm/7-1.htm t _blank 第7章嵌入式uClinux及其應(yīng)用開發(fā)（一）本章從為 S 3C4510B 硬件平臺構(gòu)建嵌入式 uClinux 操作系統(tǒng)并在其上開發(fā)應(yīng)用程序入手，逐步介紹如何在 Linux 環(huán)境下編寫用戶應(yīng)用程序的方法和步驟。介紹在這個平臺上使用什么樣的工具來編寫和編譯你自己的應(yīng)用程序。通過本章的學(xué)習(xí)，讀者可以對嵌入式uClinux有一定的了解，掌握Linux和Windows下嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)的基本方法。本章主要包括：- 嵌入式uClinux系統(tǒng)概述- 使用開發(fā)工具 GN

53、U- 建立uClinux開發(fā)環(huán)境- 在uClinux下開發(fā)應(yīng)用程序7.1 嵌入式uClinux系統(tǒng)概述在PC上開發(fā)應(yīng)用程序的用戶會有這樣的感覺：PC擁有完整的操作系統(tǒng)，并提供了應(yīng)用程序編程接口（API），開發(fā)的應(yīng)用程序可以直接在操作系統(tǒng)上運行。雖然嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以完全在裸板上運行，但為了使系統(tǒng)具備任務(wù)管理、定時器管理、內(nèi)存管理、資源管理、事件管理、系統(tǒng)管理、消息管理、隊列管理和中斷處理，為了提供多任務(wù)處理和更好的系統(tǒng)資源分配，用戶需要根據(jù)自己的硬件平臺和實際應(yīng)用選擇合適的嵌入式操作系統(tǒng)（Embedded Operating System，以下簡稱EOS）。本節(jié)將結(jié)合本書中提到的硬件平臺

54、S 4510B，介紹一個不帶MMU的ARM微處理器的嵌入式操作系統(tǒng)uClinux。3CuClinux 是一個完全符合 GNU/GPL 約定、完全開放代碼的操作系統(tǒng)，現(xiàn)在由 Lineo Corporation 支持和維護。 uClinux的發(fā)音是“you-see-linux”，它的名字來源于希臘字母“mu”和英文大寫字母“C”的組合。 “mu”代表“micro”，字母“C”代表“controller”，所以可以從字面上看，即“微控制領(lǐng)域的Linux系統(tǒng)”。為了降低硬件成本和運行功耗，有一種CPU在設(shè)計中取消了內(nèi)存管理單元（Memory Management Unit，以下簡稱MMU）功能模塊。最

55、初，這些沒有 MMU 的 CPU 運行在一些非常簡單的單任務(wù)操作系統(tǒng)上，或者更簡單的控制程序，甚至完全不使用操作系統(tǒng)直接運行應(yīng)用程序。在這種情況下，系統(tǒng)無法運行復(fù)雜的應(yīng)用程序，或者效率低下，所有應(yīng)用程序都需要重寫，并且需要程序員非常了解硬件特性。這些都阻礙了應(yīng)用于此類 CPU 的嵌入式產(chǎn)品開發(fā)的速度。然而，隨著 uClinux 的誕生，這一切都改變了。uClinux源自Linux 2.0/2.4內(nèi)核，繼承了主流Linux的大部分特性。它專門用于沒有 MMU 的 CPU，并為嵌入式系統(tǒng)做了很多小型化。對于沒有虛擬內(nèi)存或內(nèi)存管理單元 (MMU) 的處理器，例如 ARM7TDMI。它通常用于內(nèi)存或閃

56、存很少的嵌入式系統(tǒng)。 uClinux 是對標準 Linux 的修正，以支持沒有 MMU 的處理器。它保留了操作系統(tǒng)的所有特性，為硬件平臺更好地運行各種程序提供了保障。在 GNU 通用公共許可證（GNU GPL）的保證下，運行 uClinux 操作系統(tǒng)的用戶可以使用幾乎所有的 Linux API 功能，而不受缺少 MMU 的影響。由于uClinux在標準Linux的基礎(chǔ)上進行了適當?shù)牟眉艉蛢?yōu)化，形成了高度優(yōu)化、緊湊的嵌入式Linux。雖然體積很小，但uClinux仍然保留了Linux的大部分優(yōu)點：穩(wěn)定、可移植性好、網(wǎng)絡(luò)功能優(yōu)秀、對各種文件系統(tǒng)的支持完整、標準API豐富。圖 7.1 顯示了 uCl

57、inux 的基本架構(gòu)。圖 7.1 uClinux 的基本架構(gòu)Boot Loader：負責Linux內(nèi)核的啟動，用于初始化系統(tǒng)資源，包括SDRAM。這部分代碼用于搭建Linux內(nèi)核運行環(huán)境，從Flash加載初始ramdisk。內(nèi)核初始化：Linux內(nèi)核的入口點是start_kernel()函數(shù)。它初始化內(nèi)核的其他部分，包括捕獲、IRQ 通道、調(diào)度、設(shè)備驅(qū)動程序、校準延遲循環(huán)，最重要的是能夠派生“init”進程以啟動整個多任務(wù)環(huán)境。系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)/捕獲函數(shù)：在“init”程序執(zhí)行后，檢查器不再直接控制程序流程，此后，它的作用只是處理異步事件（如硬件中斷）并為系統(tǒng)調(diào)用。設(shè)備驅(qū)動程序：設(shè)備驅(qū)動程序占據(jù)了

58、 Linux 內(nèi)核的很大一部分。與其他操作系統(tǒng)一樣，設(shè)備驅(qū)動程序為它們控制的硬件設(shè)備和操作系統(tǒng)提供接口。文件系統(tǒng)：Linux 最重要的特性之一是它支持多個文件系統(tǒng)。此功能使 Linux 可以輕松與其他操作系統(tǒng)共存。文件系統(tǒng)的概念使用戶能夠查看存儲設(shè)備上的文件和路徑，而不管實際物理設(shè)備的文件系統(tǒng)類型如何。 Linux 透明地支持多種不同的文件系統(tǒng)，將各種已安裝的文件和文件系統(tǒng)以完整的虛擬文件系統(tǒng)的形式呈現(xiàn)給用戶。下面介紹一些與uClinux相關(guān)的知識。1. MMU（內(nèi)存管理單元）和VM（虛擬內(nèi)存）許多嵌入式微處理器不支持虛擬內(nèi)存，因為它們沒有 MMU。沒有內(nèi)存管理單元的好處是可以簡化芯片設(shè)計，降

59、低產(chǎn)品成本。由于大多數(shù)嵌入式設(shè)備沒有磁盤或內(nèi)存空間非常有限，因此不需要復(fù)雜的內(nèi)存管理機制。但是由于沒有MMU管理，操作系統(tǒng)不保護內(nèi)存空間，所有程序訪問的地址都是實際的物理地址。但從嵌入式系統(tǒng)一般實現(xiàn)某種功能的角度來看，對于存儲管理的需求可以由程序開發(fā)者考慮。2.實時支持uClinux 本身不支持實時，有兩種不同的解決方案可以為 uClinux 提供實時支持，它們是 RTLinux (RTL) 和 RTAI (Real Time Application Interface)。通過這兩種方案，uClinux可以應(yīng)用于實時性要求高的場合。3.平臺支持開發(fā)uClinux的工具鏈：uClinux 的開發(fā)

60、通常使用標準的 GNU 工具鏈。修改后的工具鏈支持一些高級特性，如 XIP（Execute-In-Place）技術(shù)、共享庫支持等。用于 uClinux 的微控制器：uClinux適用于Motorola的ColdFire/Dragonball、ARM系列（如Atmel、TI、Samsung等生產(chǎn)的芯片）、Intel i960、Sparc（如沒有MMU的LEON）、NEC v850，甚至可以開放綜合（到CLPD） CPU 內(nèi)核，例如 OPENcore。4.與標準Linux的兼容性除了 uClinux 不能實現(xiàn) fork() 而是使用 vfork() 之外，其余 uClinux 的 API 函數(shù)與標