華恒的嵌入式linux入門(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 些功能，如內(nèi)置聯(lián)網(wǎng)支持以及圖形等，可以在新項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中節(jié)省很多編碼與整合時(shí)間。　　隨著大批新一代高速、低成本32b處理器和 Linux 的搶先改進(jìn)，開(kāi)發(fā)人員發(fā)現(xiàn)嵌入系統(tǒng)的實(shí)時(shí)需求已不再是一個(gè)負(fù)擔(dān)。盡管數(shù)據(jù)速率提高了，但用戶 I/O 的時(shí)序仍保持相對(duì)穩(wěn)定，程序員在處理今天高速處理器的 I/O 請(qǐng)求時(shí)有更多可用的時(shí)鐘周期。Linux 并非要提供決定性的性能，而是用于以前需要實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的一些應(yīng)用上。　　低開(kāi)銷　　Linux 是模塊化的，開(kāi)發(fā)者可以構(gòu)建一個(gè)經(jīng)修改的小型軟件包，裝入每臺(tái)設(shè)備的內(nèi)存中，從而消除了專用的多用途操作系統(tǒng)中的代碼開(kāi)銷。Linux 還支持大量的微處理器，使之最適合于變化多端的消費(fèi)產(chǎn)品市場(chǎng)。由于設(shè)計(jì)師可以將 Linux 移植到最常見(jiàn)的嵌入式處理器上，不存在迫使開(kāi)發(fā)者改變硬件決策的軟件限制。設(shè)計(jì)師可以用一個(gè)低成本的微處理器開(kāi)始生產(chǎn)，它只需滿足當(dāng)前的需求，而隨著設(shè)備需求和功能的擴(kuò)展，又能夠方便地升級(jí)為一個(gè)功能更強(qiáng)大的 CPU。　　Linux 開(kāi)發(fā)人員會(huì)定期對(duì)內(nèi)核進(jìn)行更新，使之包含來(lái)自用戶社團(tuán)的插入碼和建議內(nèi)容。可以從 找到最新內(nèi)核的相關(guān)信息，下載最新版本。現(xiàn)在的 版包括很多搶先點(diǎn)，允許調(diào)度器可以掛起一個(gè)工作任務(wù)，而起動(dòng)一個(gè)更高的優(yōu)先級(jí)進(jìn)程。進(jìn)程調(diào)度算法經(jīng)過(guò)重寫(xiě)，加快了多任務(wù)應(yīng)用中作業(yè)的切換速度。除了實(shí)時(shí)方面的改進(jìn)外， 版還有多個(gè)有益于消費(fèi)設(shè)備應(yīng)用程序的更新。例如，藍(lán)牙和 USB 等增強(qiáng)外設(shè)選項(xiàng)，ALSA（高級(jí) Linux 聲音架構(gòu)）可以使應(yīng)用程序處理多個(gè)音頻流，而 Video4Linux 則增加了一個(gè)視頻子系統(tǒng)。用于深度嵌入系統(tǒng)的其它更新內(nèi)容也只占很少空間，適用于容量有限的應(yīng)用。　　Linux 的許可協(xié)議對(duì)消費(fèi)設(shè)備開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)有正、反兩方面的意義。從好的一面說(shuō)，你可以下載免費(fèi)的 Linux 拷貝，在自己的產(chǎn)品中使用，無(wú)需支付專利金，想用多少就可以用多少。Linux 是按照 GNU 的 GPL（通用公共許可）使用規(guī)則發(fā)放許可。如果你修改并重新分發(fā) GPL 軟件，你的修改也自動(dòng)遵從 GPL，并且必須公開(kāi)源碼。應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動(dòng)可能會(huì)保持專有性，只要它們與 Linux 內(nèi)核無(wú)關(guān)，不含 GPL 代碼。但代碼隔離的要求是小型消費(fèi)設(shè)備開(kāi)發(fā)者所擔(dān)心的事，因?yàn)樗麄儠?huì)將所有軟件保存在一個(gè) ROM里。　　除了許可的不確定性外，Linux 用戶還面臨其它非技術(shù)性因素。例如，SCO(Santa Cruz Operation) 集團(tuán)提出法律質(zhì)疑，稱 Linux 包含殘余的專有 Unix 代碼，并強(qiáng)制對(duì)內(nèi)核作修改，甚至要求獲得專利金。在2005年 12 月，SCO 集團(tuán)提出擴(kuò)展對(duì) Novell 的訴訟，它是 UNIX 知識(shí)產(chǎn)權(quán)原來(lái)的所有者，也是現(xiàn)在的一個(gè) Linux 開(kāi)發(fā)商。最新的消息和 SCO糾紛的全部歷史可以瀏覽Linux 在線網(wǎng)站。　　內(nèi)核補(bǔ)碼　　開(kāi)發(fā)者在開(kāi)放源 Linux 環(huán)境中預(yù)見(jiàn)到的另一個(gè)可能的危險(xiǎn)是軟件破碎的可能性。如果公司 A 決定修改 Linux 內(nèi)核來(lái)解決自己產(chǎn)品中的一個(gè)集成問(wèn)題，而公司 B 作了類似但不兼容的修改，于是現(xiàn)在就有了三個(gè) Linux 版本。當(dāng)下一個(gè)正式 Linux 更新版推出時(shí)，兩家公司都要搜索修正后的代碼，重新納入這些改動(dòng)內(nèi)容，或者繼續(xù)使用舊版本。最聰明的選擇恐怕是不修改內(nèi)核，而使用為調(diào)試用的源代碼，或者了解 Linux 的內(nèi)部功能。現(xiàn)在，Linux 社團(tuán)利用復(fù)雜系統(tǒng)的升級(jí)建議與發(fā)布，已經(jīng)成功地防止了多版本的出現(xiàn)。　　雖然 Linux 是一個(gè)免費(fèi)的操作系統(tǒng)，但很多設(shè)計(jì)師仍希望付費(fèi)獲得專業(yè)支持、特殊工具、定制服務(wù)以及預(yù)包裝好的配置，以方便開(kāi)發(fā)過(guò)程。商業(yè)化供應(yīng)商用定制的嵌入式配置、訂戶支持包、開(kāi)發(fā)工具套件、應(yīng)用實(shí)例，以及咨詢服務(wù)，作為 Linux 的增強(qiáng)服務(wù)。但與限制用戶使用單一來(lái)源的商業(yè)化專有操作系統(tǒng)不同，Linux 用戶仍然享有從任何其他供應(yīng)商處獲得支持的自由。　　看到 Linux 在 CE 產(chǎn)品中日益普遍的應(yīng)用，某些商用 RTOS（實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）供應(yīng)商也加入了開(kāi)放源運(yùn)動(dòng)，提供定制分銷、開(kāi)發(fā)工具，支持并向嚴(yán)格的實(shí)時(shí)應(yīng)用推廣自己的專有軟件。例如，Wind River 產(chǎn)品系列經(jīng)理 Glenn Seiler 這樣總結(jié)公司的策略：“市場(chǎng)希望有個(gè)選擇。在有些情況下，市場(chǎng)想要 RTOS，因?yàn)橛袊?yán)格的實(shí)時(shí)要求或占位面積小的要求，有些客戶仍然反感 GPL 概念。其他一些進(jìn)行了大量既有投資的用戶也想繼續(xù)使用 RTOS。”　　Seiler 也描述了其他一些客戶，他們希望得到快速創(chuàng)新的好處、無(wú)專利金的模式，他們希望控制源碼，希望保持與供應(yīng)商的無(wú)關(guān)性，也不怕 GPL 的麻煩。他說(shuō)，這些客戶的態(tài)度更偏向 Linux。他解釋說(shuō)：“我們希望提供一種既能滿足 RTOS 客戶，也能滿足 Linux 客戶的解決方案。我們的方案采用了一種基于 Workbench 工具套件的策略，它是一個(gè)萬(wàn)能的生命周期產(chǎn)品，覆蓋從電路板設(shè)計(jì)到固件開(kāi)發(fā)，直到內(nèi)核電路板支持開(kāi)發(fā)、應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)和調(diào)試等全部?jī)?nèi)容。”Wind River 的 Workbench 套件是建立在開(kāi)放源的 Eclipse 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境上的（圖 1）。 　　同樣，MontaVista 軟件公司提供 Linux CEE（消費(fèi)電子版），這是一個(gè)用于 CE 設(shè)備的嵌入式操作系統(tǒng)和交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境。該軟件包具有動(dòng)態(tài)電源管理、增強(qiáng)的文件系統(tǒng)、用于系統(tǒng)性能調(diào)整的新開(kāi)發(fā)工具、處理器和外設(shè)的支持、適合應(yīng)用開(kāi)發(fā)的交叉開(kāi)發(fā)工具，以及樣品實(shí)用工具、庫(kù)和驅(qū)動(dòng)程序等。CEE 支持來(lái)自Freescale、Intel、Renesas 和 Texas Instruments的多種為消費(fèi)設(shè)備定制的處理器。MontaVista 還為無(wú)線手機(jī)和移動(dòng)產(chǎn)品提供 Linux for Mobile Devices(Mobilinux)，滿足它們對(duì)電源管理、嚴(yán)格實(shí)時(shí)性能、快速起動(dòng)以及占位面積小的需求（圖 2）。　　TiVo 領(lǐng)頭　　很多 CE 設(shè)備都組合有 Linux 操作系統(tǒng)，但 TiVo 個(gè)人錄像機(jī)是被最普遍公認(rèn)的。TiVo Linux 也是愛(ài)好者們最喜歡拿來(lái)修改的軟件，修改后可以使用更大硬盤(pán)或通過(guò)添加硬盤(pán)來(lái)增加存儲(chǔ)容量，或者將錄制的節(jié)目傳送到計(jì)算機(jī)或其它設(shè)備中。Linux 可能會(huì)成為索尼為它下一代游戲機(jī) PlayStation 3 提供軟件包的一部分，該產(chǎn)品預(yù)計(jì)在 2006 年春季上市。Linux也為最近推出的諾基亞 770 Internet Tablet所采用，它帶有 、USB 和藍(lán)牙連接、800480 像素觸摸屏以及 64 MB 閃存（圖 3）。除了網(wǎng)頁(yè)瀏覽器以外，770 還帶有一個(gè) Email 客戶機(jī)、媒體播放器、文件管理器、游戲，以及幾個(gè)通用應(yīng)用程序。諾基亞 770 的網(wǎng)購(gòu)價(jià)格為 360 美元。　　在今年拉斯維加斯的消費(fèi)電子大展上，Sonos 推出了基于 Linux 的 ZonePlayer ZP80（見(jiàn)圖），它是一個(gè)無(wú)線系統(tǒng)的組成部分，可以使用戶在家中將數(shù)字音樂(lè)流送至音頻設(shè)備。用模擬或數(shù)字輸出將 ZP80 連接到任何音頻功放設(shè)備上后，該設(shè)備就成了一臺(tái)無(wú)線、多室數(shù)字音樂(lè)系統(tǒng)的組成部分，你可以用一個(gè)彩色的 Sonos 控制器進(jìn)行操作。ZP80 包含有一個(gè)自動(dòng)檢測(cè)的線路輸入連接器，它可以對(duì)任何輸入的音頻源進(jìn)行數(shù)字編碼，如 Apple iPod、CD 機(jī)或衛(wèi)星收音機(jī)。Sonos ZonePlayer ZP80 的零售價(jià)為 349 美元。　　如果你對(duì) CE 使用的 Linux 還比較陌生，可以到 CELF（消費(fèi)電子 Linux 論壇）查找消息、討論和定制源碼。該論壇的目標(biāo)是通過(guò)公開(kāi)規(guī)范并管理面向 CE 的代碼，增強(qiáng)在 CE 設(shè)備中使用的 Linux 的功能。另外也可以在 上找到有關(guān) Linux CE 產(chǎn)品的信息。該網(wǎng)站包括最新消息、文章以及有關(guān) Linux 編程的教程、現(xiàn)有分銷商名單，以及有關(guān)嵌入系統(tǒng)主題的論壇。　　當(dāng)下一代 CE 設(shè)備進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)，設(shè)計(jì)師必須準(zhǔn)備好為定制的應(yīng)用軟件提供復(fù)雜的用戶界面、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接能力，以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)安全功能。Linux 提供了一種無(wú)需專利金的開(kāi)放源操作系統(tǒng)，已經(jīng)內(nèi)置了一些這樣那樣的功能。事實(shí)上，在互聯(lián)網(wǎng)上已經(jīng)有數(shù)百萬(wàn)免費(fèi)的 Linux 兼容軟件，支持 CE 開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。有了這些好處以及越來(lái)越多的技術(shù)愛(ài)好者，Linux 在 CE 行業(yè)一定有光明的前景。第7章 嵌入式uClinux及其應(yīng)用開(kāi)發(fā)(1)本章從構(gòu)建一個(gè)針對(duì)S3C4510B硬件平臺(tái)的嵌入式uClinux操作系統(tǒng)和在其上進(jìn)行應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)入手，逐步講述如何在Linux環(huán)境下編寫(xiě)用戶應(yīng)用程序的方法和步驟，并為熟悉Windows操作系統(tǒng)的用戶介紹在這種平臺(tái)之上，使用何種工具編寫(xiě)和編譯自己的應(yīng)用。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，讀者可以對(duì)嵌入式uClinux有一定的了解，并且掌握在Linux和Windows下嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的基本方法。 本章主要內(nèi)容有：－ 嵌入式uClinux系統(tǒng)概況－ 開(kāi)發(fā)工具GNU的使用－ 建立uClinux開(kāi)發(fā)環(huán)境－ 在uClinux下開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序 嵌入式uClinux系統(tǒng)概況在PC機(jī)上開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序的用戶都會(huì)有這樣的感覺(jué)，PC機(jī)有完善的操作系統(tǒng)并提供應(yīng)用程序接口（API），開(kāi)發(fā)好的應(yīng)用程序可以直接在操作系統(tǒng)上運(yùn)行。雖然嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序完全可以在裸板上運(yùn)行，但為了使系統(tǒng)具有任務(wù)管理、定時(shí)器管理、存儲(chǔ)器管理、資源管理、事件管理、系統(tǒng)管理、消息管理、隊(duì)列管理和中斷處理的能力，提供多任務(wù)處理，更好的分配系統(tǒng)資源的功能，用戶就需要針對(duì)自己的硬件平臺(tái)和實(shí)際應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)那度胧讲僮飨到y(tǒng)（Embedded Operating System，以下簡(jiǎn)稱EOS）。本節(jié)將結(jié)合本書(shū)所談到的硬件平臺(tái)S3C4510B，介紹一種針對(duì)不帶MMU的ARM微處理器的嵌入式操作系統(tǒng)uClinux。uClinux是一個(gè)完全符合GNU/GPL公約的操作系統(tǒng)，完全開(kāi)放代碼，現(xiàn)在由Lineo公司支持維護(hù)。uClinux的發(fā)音是“youseelinux”,它的名字來(lái)自于希臘字母“mu”和英文大寫(xiě)字母“C”的結(jié)合。“mu”代表“微小”之意，字母“C”代表“控制器”，所以從字面上就可以看出它的含義，即“微控制領(lǐng)域中的Linux系統(tǒng)”。為了降低硬件成本及運(yùn)行功耗，有一類CPU在設(shè)計(jì)中取消了內(nèi)存管理單元（Memory Management Unit，以下簡(jiǎn)稱MMU）功能模塊。最初，運(yùn)行于這類沒(méi)有MMU的CPU之上的都是一些很簡(jiǎn)單的單任務(wù)操作系統(tǒng)，或者更簡(jiǎn)單的控制程序，甚至根本就沒(méi)有操作系統(tǒng)而直接運(yùn)行應(yīng)用程序。在這種情況下，系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行復(fù)雜的應(yīng)用程序，或者效率很低，而且，所有的應(yīng)用程序需要重寫(xiě)，并要求程序員十分了解硬件特性。這些都阻礙了應(yīng)用于這類CPU之上的嵌入式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的速度。然而，隨著uClinux的誕生，這一切都改變了。uClinux從Linux ，沿襲了主流Linux的絕大部分特性。它是專門針對(duì)沒(méi)有MMU的CPU，并且為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。適用于沒(méi)有虛擬內(nèi)存或內(nèi)存管理單元（MMU）的處理器，例如ARM7TDMI。它通常用于具有很少內(nèi)存或Flash的嵌入式系統(tǒng)。uClinux是為了支持沒(méi)有MMU的處理器而對(duì)標(biāo)準(zhǔn)Linux作出的修正。它保留了操作系統(tǒng)的所有特性，為硬件平臺(tái)更好的運(yùn)行各種程序提供了保證。在GNU通用公共許可證（GNU GPL）的保證下，運(yùn)行uClinux操作系統(tǒng)的用戶可以使用幾乎所有的Linux API函數(shù)，不會(huì)因?yàn)闆](méi)有MMU而受到影響。由于uClinux在標(biāo)準(zhǔn)的Linux基礎(chǔ)上進(jìn)行了適當(dāng)?shù)牟眉艉蛢?yōu)化，形成了一個(gè)高度優(yōu)化的、代碼緊湊的嵌入式Linux，雖然它的體積很小，uClinux仍然保留了Linux的大多數(shù)的優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、完備的對(duì)各種文件系統(tǒng)的支持、以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的API等。 uClinux的基本架構(gòu)Boot Loader：負(fù)責(zé)Linux內(nèi)核的啟動(dòng)，它用于初始化系統(tǒng)資源，包括SDRAM。這部分代碼用于建立Linux內(nèi)核運(yùn)行環(huán)境和從Flash中裝載初始化ramdisk。內(nèi)核初始化：Linux內(nèi)核的入口點(diǎn)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(dòng)，標(biāo)定延遲循環(huán)，最重要的是能夠fork “init”進(jìn)程，以啟動(dòng)整個(gè)多任務(wù)環(huán)境。系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)/捕獲函數(shù)：在執(zhí)行完“init”程序后，內(nèi)核對(duì)程序流不再有直接的控制權(quán)，此后，它的作用僅僅是處理異步事件(例如硬件中斷)和為系統(tǒng)調(diào)用提供進(jìn)程。設(shè)備驅(qū)動(dòng)：設(shè)備驅(qū)動(dòng)占據(jù)了Linux內(nèi)核很大部分。同其他操作系統(tǒng)一樣，設(shè)備驅(qū)動(dòng)為它們所控制的硬件設(shè)備和操作系統(tǒng)提供接口。文件系統(tǒng)：Linux最重要的特性之一就是對(duì)多種文件系統(tǒng)的支持。這種特性使得Linux很容易地同其他操作系統(tǒng)共存。文件系統(tǒng)的概念使得用戶能夠查看存儲(chǔ)設(shè)備上的文件和路徑而無(wú)須考慮實(shí)際物理設(shè)備的文件系統(tǒng)類型。Linux透明的支持許多不同的文件系統(tǒng)，將各種安裝的文件和文件系統(tǒng)以一個(gè)完整的虛擬文件系統(tǒng)的形式呈現(xiàn)給用戶。下面介紹一些和uClinux相關(guān)的知識(shí)。 MMU(內(nèi)存管理單元) 和VM(虛擬內(nèi)存)許多嵌入式微處理器都由于沒(méi)有MMU而不支持虛擬內(nèi)存。沒(méi)有內(nèi)存管理單元所帶來(lái)的好處是簡(jiǎn)化了芯片設(shè)計(jì)，降低了產(chǎn)品成本。由于大多數(shù)的嵌入式設(shè)備沒(méi)有磁盤(pán)或者只有很有限的內(nèi)存空間，所以無(wú)需復(fù)雜的內(nèi)存管理機(jī)制。但是由于沒(méi)有MMU的管理，操作系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存空間是沒(méi)有保護(hù)的，所有程序訪問(wèn)的地址都是實(shí)際物理地址。但從嵌入式系統(tǒng)一般都是實(shí)現(xiàn)某種特定功能的角度考慮，對(duì)于內(nèi)存管理的要求完全可以由程序開(kāi)發(fā)人員考慮。實(shí)時(shí)性的支持uClinux本身并不支持實(shí)時(shí)性，目前存在兩種不同的方案提供uClinux對(duì)實(shí)時(shí)性的支持，它們分別是RTLinux(RTL)和RTAI(Real Time Application Interface)。有了這兩種方案，uClinux可以應(yīng)用到對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合。 平臺(tái)支持開(kāi)發(fā)uClinux的工具鏈：開(kāi)發(fā)uClinux通常用標(biāo)準(zhǔn)的GNU工具鏈。經(jīng)過(guò)修改的工具鏈支持一些高級(jí)特性，比如XIP(ExecuteInPlace)技術(shù)，共享庫(kù)支持等。uClinux所