構(gòu)造嵌入式Linux
Linux自身具備一整套工具鏈,容易自行建立嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和交叉運(yùn)行環(huán)境,并且可以跨越嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中的仿真工具(ICE)的障礙。內(nèi)核的完全開放使人們可以自己設(shè)計(jì)和開發(fā)出真正的硬實(shí)時(shí)系統(tǒng),軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)在Linux中也容易得到實(shí)現(xiàn)。強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持使得可以利用Linux的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧將其開發(fā)成為嵌入式的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/149072.htmLinux提供了完成嵌入功能的基本內(nèi)核和所需要的所有用戶界面,它是多面的。它能處理嵌入式任務(wù)和用戶界面。
一個(gè)小型的嵌入式Linux系統(tǒng)只需要下面三個(gè)基本元素:
*引導(dǎo)工具
*Linux微內(nèi)核,由內(nèi)存管理、進(jìn)程管理和事務(wù)處理構(gòu)成
*初始化進(jìn)程
如果要讓它能干點(diǎn)什么且繼續(xù)保持小型化,還得加上:
*硬件驅(qū)動(dòng)程序
*提供所需功能的一個(gè)或更多應(yīng)用程序。
再增加功能,或許需要這些:
*一個(gè)文件系統(tǒng)(也許在ROM或RAM)中
*TCP/IP網(wǎng)絡(luò)堆棧
下面我們就從精簡(jiǎn)內(nèi)核、系統(tǒng)啟動(dòng)、驅(qū)動(dòng)程序?qū)ⅰ-Window換成MicroWindows四個(gè)步驟介紹嵌入式Linux的實(shí)際開發(fā)。
精簡(jiǎn)內(nèi)核
構(gòu)造內(nèi)核的常用命令包括:makeconfig、dep、clean、mrproper、zImage、bzImage、modules、modules_install。命令說(shuō)明略。
現(xiàn)在舉個(gè)例子說(shuō)明一下:
我使用的是Mandrake內(nèi)附的2.2.15。我沒(méi)有修改任何一行程序碼,完全只靠修改組態(tài)檔得到這些數(shù)據(jù)。
首先,使用makeconfig把所有可以拿掉的選項(xiàng)都拿得。
不要floppy;不要SMP、MTRR;不要Networking、SCSI;把所有的blockdevice移除,只留下oldIDEdevice;把所有的characterdevice移除;把所有的filesystem移除,只留下minix;不要sound支援。相信我,我己經(jīng)把所有的選項(xiàng)都移除了。這樣做之后,我的到了一個(gè)188K的核心。
還不夠小嗎?OK,再加上一招,請(qǐng)把下列兩個(gè)檔案中的-O3,-O2用-Os取代。
./Makefile
./arch/i386/kernel/
Makefile
這樣一來(lái),整個(gè)核心變小了9K,成為179K。
不過(guò)這個(gè)核心恐怕很難發(fā)揮Linux的功能,因此我決定把網(wǎng)絡(luò)加回去。把General中的networksupport加回去,重新編譯,核心變成189K。10K就加上個(gè)TCP/IPstack,似乎是很上算的生意。
有stack沒(méi)有driver也是枉然,所以我把embeddedboard常用的RTL8139的driver加回去,195K。
如果你需要DOS檔案系統(tǒng),那大小成為213K。如果minix用ext2換代,則大小成長(zhǎng)至222K。
Linux所需的內(nèi)存大約在600K~800K之間。1MB內(nèi)存就可能可以開機(jī)了,但不太有用,因?yàn)檫B載入C程序庫(kù)都有困難。2MB內(nèi)存應(yīng)該就可以做點(diǎn)事了,但要到4MB以上才可以執(zhí)行一個(gè)比較完整的系統(tǒng)。
因?yàn)長(zhǎng)inux的filesystem相當(dāng)大,大約在230K左右,占了1/3的體積。內(nèi)存管理占了80K,和核心其它部分的總和差不多。TCP/IPstack占了65K,驅(qū)動(dòng)程序占了120K。SysVIPC占了21K,必要的話可以拿掉,核心檔應(yīng)該可以再小個(gè)10K左右。
如果要裁剪核心大小,應(yīng)該動(dòng)那里呢?答案很明顯,當(dāng)然是文件系統(tǒng)。Linux的VFS簡(jiǎn)化了檔案系統(tǒng)的設(shè)計(jì),buffercache,directorycache增加了系統(tǒng)的效率。但這些embedded系統(tǒng)根本就用處不大。如果可以把它們拿掉,核心可以馬上縮小20K左右。如果跳過(guò)整個(gè)VFS,直接將文件系統(tǒng)寫成一個(gè)driver的型式,應(yīng)該可以將230K縮減至50K左右。整個(gè)核心縮到100K左右。
系統(tǒng)啟動(dòng)
系統(tǒng)的啟動(dòng)順序及相關(guān)文件仍在核心源碼目錄下,看以下幾個(gè)文件:
./arch/$ARCH/boot/
bootsect.s
./arch/$ARCH/boot/setup.s
./init/main.c
bootsect.S及setup.S
這個(gè)程序是Linuxkernel的第一個(gè)程序,包括了Linux自己的bootstrap程序,但是在說(shuō)明這個(gè)程序前,必須先說(shuō)明一般IBMPC開機(jī)時(shí)的動(dòng)作(此處的開機(jī)是指“打開PC的電源”)。
一般PC在電源一開時(shí),是由內(nèi)存中地址FFFF:0000開始執(zhí)行(這個(gè)地址一定在ROMBIOS中,ROMBIOS一般是在FEOOOh到FFFFFh中),而此處的內(nèi)容則是一個(gè)jump指令,jump到另一個(gè)位于ROMBIOS中的位置,開始執(zhí)行一系列的動(dòng)作。
緊接著系統(tǒng)測(cè)試碼之后,控制權(quán)會(huì)轉(zhuǎn)移給ROM中的啟動(dòng)程序(ROMbootstraproutine)。這個(gè)程序會(huì)將磁盤上的第零軌第零扇區(qū)讀入內(nèi)存中,至于讀到內(nèi)存的哪里呢?--絕對(duì)位置07C0:0000(即07C00h處),這是IBM系列PC的特性。而位于Linux開機(jī)磁盤的bootsector上的,正是Linux的bootsect程序。
把大家所熟知的MSDOS與Linux的開機(jī)部分做個(gè)粗淺的比較。MSDOS由位于磁盤上bootsector的boot程序負(fù)責(zé)把IO.SYS載入內(nèi)存中,而IO.SYS則負(fù)有把DOS的kernel--MSDOS.SYS載入內(nèi)存的重任。而Linux則是由位于bootsector的bootsect程序負(fù)責(zé)把setup及Linux的kernel載入內(nèi)存中,再將控制權(quán)交給setup。
驅(qū)動(dòng)程序
在Linux系統(tǒng)里,設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序所提供的這組入口點(diǎn)由一個(gè)結(jié)構(gòu)來(lái)向系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。
設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序所提供的入口點(diǎn),在設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序初始化的時(shí)候向系統(tǒng)進(jìn)行登記,以便系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候調(diào)用。Linux系統(tǒng)里,通過(guò)調(diào)用register_chrdev向系統(tǒng)注冊(cè)字符型設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。
在Linux里,除了直接修改系統(tǒng)核心的源代碼,把設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序加進(jìn)核心里以外,還可以把設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序作為可加載的模塊,由系統(tǒng)管理員動(dòng)態(tài)地加載它,使之成為核心的一部分。也可以由系統(tǒng)管理員把已加載的模塊動(dòng)態(tài)地卸載下來(lái)。Linux中,模塊可以用C語(yǔ)言編寫,用gcc編譯成目標(biāo)文件(不進(jìn)行鏈接,作為*.o文件存在)。為此需要在gcc命令行里加上-c的參數(shù)。在成功地向系統(tǒng)注冊(cè)了設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序后(調(diào)用register_chrdev成功后),就可以用mknod命令來(lái)把設(shè)備映射為一個(gè)特別文件。其它程序使用這個(gè)設(shè)備的時(shí)候,只要對(duì)此特別文件進(jìn)行操作就行了。
將X-Window換成MicroWindows
MicroWindows是使用分層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。允許改變不同的層來(lái)適應(yīng)實(shí)際的應(yīng)用。在最底一層,提供了屏幕、鼠標(biāo)/觸摸屏和鍵盤的驅(qū)動(dòng),使程序能訪問(wèn)實(shí)際的硬件設(shè)備和其它用戶定制設(shè)備。在中間一層,有一個(gè)輕巧的圖形引擎,提供了繪制線條、區(qū)域填充、繪制多邊形、裁剪和使用顏色模式的方法。在最上一層,提供了不同的API給圖形應(yīng)用程序使用。這些API可以提供或不提供桌面和窗口外形。目前,MicroWindows支持WindowsWin32/WinCEGDI和Nano-XAPI。這些API提供了Win32和X窗口系統(tǒng)的緊密兼容性,使得別的應(yīng)用程序可以很容易就能移植到MicroWindows上。
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