引言
　　在過去幾年中，Linux成功地取代了一些最主要的傳統(tǒng)RTOS（實時操作系統(tǒng)）平臺，成為了各種各樣的嵌入式設備和應用中首選的嵌入式操作系統(tǒng)。盡管一度曾被認為是不重要的平臺，但今天嵌入式Linux已經(jīng)成為主流，廣泛應用于消費電子、手持和無線設備、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)以及電信設備等領域。Google公司在2007年11月發(fā)布的Android手機操作系統(tǒng)正是基于Linux內(nèi)核的操作系統(tǒng)，使得Linux在數(shù)字移動電話業(yè)取得跨越式發(fā)展。
　　筆者在從臺式頻譜儀到手持式頻譜儀的項目研發(fā)中實現(xiàn)了RTOS到Linux的應用移植。本文介紹了整體的設計思路和一些關鍵問題的實現(xiàn)細節(jié)。
　　1　RTOS到Linux的移植分析
　　幾乎所有的RTOS都有一個簡單的編程模型，它由多線程的執(zhí)行（通常稱為任務）構成，包含在單一的地址空間中。在RTOS中，單一主程序下多任務同時運行，具有很高的實時響應能力。
　　過去大多數(shù)嵌入式處理器沒有內(nèi)存管理單元，因此RTOS是單地址空間模式，即它們的物理地址和邏輯地址都是一樣的。然而目前大多數(shù)的中高端處理器配備了MMU（內(nèi)存管理單元）。在MMU的支持下，Linux采用虛擬內(nèi)存管理，將地址空間分為物理地址和虛擬地址，因此系統(tǒng)操作硬件時要進行地址映射。
　　根據(jù)兩類系統(tǒng)的體系結構，RTOS移植到Linux的基本框架如圖1所示。
　　
　　圖1　RTOS移植到Linux的基本框架
　　由圖1可看出，移植的基本步驟為：
　　① RTOS的全部應用代碼移植到一個Linux單進程；
　?、?RTOS的任務轉(zhuǎn)換成Linux線程；
　?、?RTOS的物理地址空間映射到Linux的虛擬地址空間。
　　在具體的應用移植過程中，還應考慮在Linux系統(tǒng)下解決上層應用實時響應底層硬件中斷，應用層與內(nèi)核層的異步通信、數(shù)據(jù)交換，以及多進程、多線程的設計等問題。
　　2　RTOS到Linux的移植實現(xiàn)
　　2.1　地址映射
　　多數(shù)RTOS是針對較早的無MMU的CPU而設計，所以忽略了內(nèi)存管理部分，即使當MMU問世后也是這樣——不區(qū)分物理地址和虛擬地址。大多數(shù) RTOS還全部運行在特權模式，雖然表面上看來是增強了性能，但全部的RTOS應用和系統(tǒng)代碼都能夠訪問整個地址空間、內(nèi)存映射過的設備以及其他I/O操作。這樣，即使存在差別，也很難把RTOS應用程序代碼同驅(qū)動程序代碼區(qū)分開來。
　　對于當前包含MMU的處理器而言，Linux系統(tǒng)提供了復雜的存儲管理系統(tǒng)，使得進程所能訪問的虛擬內(nèi)存達到4 GB。
　　在Linux系統(tǒng)中，進程的4 GB虛擬內(nèi)存空間［1］被分為兩個部分——用戶空間與內(nèi)核空間。用戶地址空間一般分布為0~3 GB，剩下的3~4 GB為內(nèi)核空間。上層應用程序通常情況下只能訪問用戶空間的虛擬地址，不能訪問內(nèi)核空間的虛擬地址。應用程序只有通過系統(tǒng)調(diào)用（代表應用程序進程在內(nèi)核態(tài)執(zhí)行）等方式才可以訪問到內(nèi)核空間。
　　而外設I/O資源是不在Linux內(nèi)核虛擬地址空間中的（如SRAM或硬件接口寄存器等），若需要訪問某外設I/O資源，必須先將其物理地址映射到內(nèi)核虛擬地址空間中，然后才能在內(nèi)核空間中訪問它。
　　Linux內(nèi)核訪問外設I/O資源的方式有兩種：靜態(tài)映射（map_desc）和動態(tài)映射（ioremap）。對于靜態(tài)映射，內(nèi)核在系統(tǒng)啟動時通過map_desc結構體靜態(tài)創(chuàng)建I/O資源到內(nèi)核地址空間的線性映射表（即page table），這種映射表是一一映射的關系。開發(fā)人員可以自定義該I/O內(nèi)存資源映射后的虛擬地址。創(chuàng)建好了靜態(tài)映射表，在內(nèi)核或驅(qū)動中訪問該I/O資源時則無需再進行ioremap映射，可以直接通過映射后的I/O虛擬地址去訪問它。
　　這里主要討論更常用的動態(tài)映射方式。動態(tài)映射方式是直接通過內(nèi)核提供的ioremap函數(shù)動態(tài)創(chuàng)建一段外設I/O內(nèi)存資源到內(nèi)核虛擬地址的映射表，從而可以在內(nèi)核空間中訪問這段I/O資源。代碼如下：
　　#define bcon*（volatile unsigned long*）ioremap（0x56000010，4）//動態(tài)映射
　　上述代碼的含義是將0x56000010開始的4字節(jié)的物理地址映射到內(nèi)核的虛擬地址中，返回的起始虛擬地址值賦給bcon宏定義。對宏定義的操作即對物理地址的操作。
　　ioremap宏定義在asm/io.h內(nèi)：
　　#define ioremap（addr， size）__ioremap（addr， size， 0）
　　__ioremap函數(shù)原型為（arm/mm/ioremap.c）：
　　void __iomem * __ioremap（unsigned long phys_addr， size_t size， unsigned long flags）;
　　其中，phys_addr為要映射的起始的I/O地址；size為要映射的空間的大??；flags為要映射的I/O空間和權限有關的標志。
　　該函數(shù)返回映射后的內(nèi)核虛擬地址（3G~4G），接著便可以通過讀寫該返回的內(nèi)核虛擬地址去訪問這段I/O內(nèi)存資源。所以，在移植的開始就應該在頭文件中完成設備物理地址的映射，方便后續(xù)的開發(fā)。