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　　近年來隨著信息家電和手持設(shè)備的應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)得到了極大的發(fā)展。全球每年生產(chǎn)的CPU中有超過80%是應(yīng)用于專用性很強(qiáng)的各類嵌入式系統(tǒng)，而最初，這類CPU僅進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的控制，系統(tǒng)大多在超級(jí)循環(huán)加中斷的方式下工作，而隨著32位高性能專用CPU的出現(xiàn)(如ARM)，嵌入式系統(tǒng)能夠適應(yīng)復(fù)雜的控制，進(jìn)行多任務(wù)的處理，極大的提升了效率。當(dāng)然這一切還需嵌入式操作系統(tǒng)的支持。嵌入式Linux以其特有的魅力在市場(chǎng)中逐漸贏得了眾

　　多用戶的青睞，本文即介紹了μClinux的開發(fā)環(huán)境的組建流程，及應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)過程。

　　1 ARM-μClinux的簡(jiǎn)介

　　Linux是在90年代初出現(xiàn)，近幾年漸受歡迎的操作系統(tǒng)，其最大特點(diǎn)是開放源代碼。它原本被設(shè)計(jì)為桌面系統(tǒng)，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于服務(wù)器領(lǐng)域。而在嵌入式系統(tǒng)的領(lǐng)域中，linux逐漸成為新的熱點(diǎn)。

　　μClinux即是目前嵌入式linux中最流行的一種。μClinux是Micro-Control-Linux的縮寫，字面上的理解就是”針對(duì)微控制領(lǐng)域而設(shè)計(jì)的Linux系統(tǒng)”，它和標(biāo)準(zhǔn)的linux的區(qū)別，也即μClinux的小型化體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

　　首先，μClinux不支持MMU(內(nèi)存管理單元)，這是μClinux最顯著的特征。μClinux采用實(shí)存儲(chǔ)器管理策略進(jìn)行存儲(chǔ)器的分頁管理，這有別于標(biāo)準(zhǔn)linux使用的虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)，從易用性上來說是一種倒退，因?yàn)檫@對(duì)開發(fā)人員提出了更多的要求。但是MMU需要相應(yīng)的硬件支持，而在嵌入式系統(tǒng)中出于成本和應(yīng)用的考慮，許多微控制器并沒有相應(yīng)支持MMU的硬件，所以沒有MMU并不影響許多嵌入式系統(tǒng)選擇μClinux操作系統(tǒng)。

　　其次，μClinux默認(rèn)文件系統(tǒng)為romfs，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)linux一般采用的ext2文件系統(tǒng)要求更少的空間，這主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是內(nèi)核支持romfs文件系統(tǒng)所需的代碼相對(duì)更少;二是romfs本身比較簡(jiǎn)單，在建立文件系統(tǒng)超級(jí)塊時(shí)所需存儲(chǔ)空間較小。但是romfs不支持動(dòng)態(tài)擦寫保存。

　　再次，μClinux重寫了程序庫，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)linux日益龐大的應(yīng)用程序庫和驅(qū)動(dòng)程序庫做了相應(yīng)的刪改。值得一提的是，μClinux對(duì)程序庫采用靜態(tài)連接的形式，這是由μClinux內(nèi)存管理形式?jīng)Q定的。

　　由此，μClinux的容量有了大幅度的減小，整個(gè)操作系統(tǒng)的代碼甚至小于900 K。即使如此，μClinux仍然保持了linux的主要優(yōu)點(diǎn)，如穩(wěn)定性，強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能和出色的文件系統(tǒng)支持等。同時(shí)μClinux已經(jīng)成功移植到大部分嵌入式處理器中，國(guó)內(nèi)已有公司成功推出帶μClinux操作系統(tǒng)的產(chǎn)品。

　　在嵌入式領(lǐng)域中，32 bit嵌入式處理器的內(nèi)核基本采用RISC指令集，其中以ARM公司的ARM核和MOTOROLA公司的68 K/COLDFIRE系列最為流行，而在手持設(shè)備領(lǐng)域上更是ARM核的天下。

　　本文對(duì)μClinux開發(fā)應(yīng)用的簡(jiǎn)介即是基于μClinux-Samsung-20020318.tar+readhat9.0+arm-elf-tools-20030314.sh軟件平臺(tái)，配套的ARM芯片是三星4510。

　　2　開發(fā)平臺(tái)的建立

　　建立μClinux的開發(fā)環(huán)境不外乎兩種情況：一是購(gòu)買商家發(fā)行的套件;二是利用網(wǎng)上資源自己組建。而后者省錢且能學(xué)到更多東西，是許多愛好者或?qū)W生的首選，下面列出自己組建步驟，以供參考：

　　1)　首先安裝reahat9.0，具體見其他相關(guān)資料;

　　2)　在mac.os.nctu.edu.tw網(wǎng)站(***交大的一個(gè)專門針對(duì)sumsung4510芯片的μClinux網(wǎng)站)上下載源碼，μClinux-Samsung-20020318.tar和arm-elf-tools-20030314.sh;

　　3)　然后解壓文件：在redhat的終端中切換到源碼目錄下執(zhí)行以下命令：

　　sh arm-elf-tools-20030314.sh　　//即安裝ARM-GCC工具

　　tar xzfμClinux-Samsung-20020318.tar.gz　//即解壓源碼

　　4)　編譯內(nèi)核：進(jìn)到解開的μClinux目錄中，依次執(zhí)行以下命令：

　　make menuconfig在出現(xiàn)的對(duì)話框選中Samsung/4510B和uC-libc及其它所需選項(xiàng)

　　make　dep

　　make　clean

　　make　lib-only

　　make　user-only

　　make　romfs

　　make　image在這步會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤報(bào)告，可忽略繼續(xù)下面的命令make

　　最后在/images目錄下可看到二進(jìn)制的內(nèi)核文件，即image.ram和image.rom，前者是未經(jīng)壓縮的RAM版本內(nèi)核，后者相反。把image.rom燒錄到flash中，重新上電，在串口1中即可看到啟動(dòng)信息，串口的波特率為19 200。這樣Arm-μClinux的開發(fā)環(huán)境就搭建成功。

　　3　μClinux的應(yīng)用開發(fā)：

　　在實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)中，對(duì)μClinux的應(yīng)用開發(fā)集中在兩個(gè)方面，即驅(qū)動(dòng)程序和用戶程序的編寫。

　　μClinux的驅(qū)動(dòng)程序庫不可能包括實(shí)際項(xiàng)目系統(tǒng)中所有外圍硬件的驅(qū)動(dòng)，所以在應(yīng)用開發(fā)中，編寫驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)重要步驟，驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的好壞直接影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率。而嵌入式操作系統(tǒng)的卓越功能最終是由應(yīng)用程序體現(xiàn)出來的，所以應(yīng)用程序的優(yōu)劣是影響嵌入式產(chǎn)品的重要因素，穩(wěn)定高效的應(yīng)用程序取決于開發(fā)人員對(duì)μClinux系統(tǒng)的熟悉程度和自身的編程經(jīng)驗(yàn)。下面對(duì)這兩個(gè)方面作個(gè)簡(jiǎn)介：

　　A.驅(qū)動(dòng)程序的編寫：

　　設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是內(nèi)核和機(jī)器硬件之間的接口。

　　根據(jù)不同的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序分為兩類：字符設(shè)備和塊設(shè)備;前者是直接讀取數(shù)據(jù)，即I/O接口的請(qǐng)求直接被送到設(shè)備上;而后者的數(shù)據(jù)是通過內(nèi)核緩沖區(qū)進(jìn)行傳輸?shù)?linux驅(qū)動(dòng)程序的編譯有兩種方式：即靜態(tài)編譯進(jìn)內(nèi)核，和編譯成模塊供動(dòng)態(tài)加載或卸載!由于μClinux不支持動(dòng)態(tài)加載或卸載，故只能采取靜態(tài)編譯的方式!因?yàn)樯婕暗綄?duì)硬件的操作而容易使系統(tǒng)崩潰，所以編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序時(shí)除了強(qiáng)調(diào)高效，同時(shí)還要求安全!

　　一個(gè)典型的驅(qū)動(dòng)程序，大體上可以分為以下兩個(gè)方面：

　　1)　注冊(cè)設(shè)備：在系統(tǒng)初啟時(shí)，必須將設(shè)備登記到相應(yīng)的設(shè)備數(shù)組，例如?。簩?duì)于字符驅(qū)動(dòng)設(shè)備來說，要使用register-chrdev()來注冊(cè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)號(hào)，然后對(duì)這個(gè)設(shè)備的所有調(diào)用都用這個(gè)設(shè)備號(hào)來實(shí)現(xiàn);

　　2)　定義功能函數(shù)：對(duì)于每一個(gè)驅(qū)動(dòng)函數(shù)來說，都有一些和此設(shè)備密切相關(guān)的功能函數(shù)，就最常用的字符設(shè)備來說，都存在著諸如open()、read()、write()、ioctrol()這一類的操作。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用這些操作時(shí)，將自動(dòng)的使用file-operations結(jié)構(gòu)中對(duì)應(yīng)的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)具體的操作;

　　在編寫驅(qū)動(dòng)程序前，不得不提file-operations這個(gè)結(jié)構(gòu)，每個(gè)設(shè)備都有自己的file-operations結(jié)構(gòu)，它定義了設(shè)備的基本入口點(diǎn)，即上面提到的功能函數(shù)?！　∠旅嬉砸粋€(gè)簡(jiǎn)單的演示例子，說明編寫字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的具體過程，設(shè)備取名為“test”，設(shè)備號(hào)定為254，當(dāng)然這個(gè)設(shè)備并沒有涉及真正的硬件，僅是從內(nèi)核空間拷貝了一些特定數(shù)據(jù)到用戶空間：

　　第一步：在目錄/linux-2.4/drives/char編寫源程序test.c，源碼如下：

　　頭文件和全局變量：

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　　4)　修改vendor/Samsung/4510b/Makefile，建立設(shè)備節(jié)點(diǎn)：在12---35行間，DEVICE部分添加如下內(nèi)容test，c，254，0

　　5)　make menuconfig，在character device選中testdevice

　　這樣在重新編譯的內(nèi)核中，就包含了名為“test”的設(shè)備驅(qū)動(dòng)，下面的例子是用于驗(yàn)證這個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的，至于怎樣運(yùn)行這個(gè)驗(yàn)證程序?qū)⒃谙旅妗皯?yīng)用程序的編寫”一節(jié)中講解：

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　　B.應(yīng)用程序的編寫

　　在μCLinux的/user目錄下提供許多資源供開發(fā)者參考。下面以上節(jié)提到的源程序?yàn)槔f明在

　　μCLinux中加入自己應(yīng)用程序的過程。

　　第一步：首先在/user/目錄下建立自己的文件夾如，取名apptest，然后在新建文件夾(apptest)下編輯自己的應(yīng)用程序apptest.c(源碼為上面的設(shè)備驅(qū)動(dòng)驗(yàn)證程序)，然后參照user目錄下其他應(yīng)用程序編寫自己的makefile，同樣保存在文件apptest下;

　　第二步：在/user/Makefile中適當(dāng)位置加入下行語句：

　　dir-$(CONFIG-USER-APPTEST-APPTEST)+=apptest

　　第三步：在/config/Configure.help的適當(dāng)位置添加以下語句：

　　CONFIG-USER-APPTEST-APPTESTThis programdoes APPTESTthingsto your bars.

　　第四步：在/config/config.in的適當(dāng)位置添加以下語句：

　　bool’apptest’CONFIG-USER-APPTEST-A-PPTEST

　　最后再重新編譯內(nèi)核，在make menuconfig時(shí)，選中自己的應(yīng)用程序，完成后在/bin目錄可以看見ap-ptest的可執(zhí)行文件，通過控制臺(tái)直接輸入該文件名即可運(yùn)行該程序!當(dāng)然也可以在文件vendor/Sam-sung/4510B/rc中添加文件名apptest，重新編譯，在uclinux啟動(dòng)后自動(dòng)執(zhí)行該應(yīng)用程序!

　　4　結(jié)束語

　　嵌入式系統(tǒng)已逐漸成為后PC時(shí)代的主導(dǎo)，而嵌入式操作系統(tǒng)μClinux憑其出色的性能和廣泛的技術(shù)支持應(yīng)該有更廣闊的應(yīng)用前景。本文舉例說明了μClinux的開發(fā)應(yīng)用的過程，可作為入門指導(dǎo)。