基于嵌入式uCLinux內核啟動過程分析與設計

　　0 引言

　　32位ARM嵌入式處理器具有高性能、低功耗、高性價比的特性，已被廣泛應用于消費電子產品、無線通信、控制和網絡通信等領域。uCLinux是專門為無MMU處理器設計的嵌入式操作系統(tǒng)，已支持ARM、Motorola等微處理器。目前采用ARM＋uCLinux作為嵌入式系統(tǒng)的一種開發(fā)模式非常普遍。

　　一個基于uCLinux的完整的嵌入式系統(tǒng)由三個部分組成，即系統(tǒng)引導程序Bootloader、uCLinux操作系統(tǒng)內核和文件系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的啟動引導技術是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一個難點，系統(tǒng)啟動引導的成功與否決定了應用程序的運行環(huán)境是否能正確建立，系統(tǒng)啟動成功是應用正確運行的前提。而uCLinux內核的啟動過程也是其中重要一環(huán)，分析uCLinux的啟動過程，可以加快系統(tǒng)啟動速度、正確建立應用環(huán)境。本文要研究的就是uCLinux操作系統(tǒng)內核的啟動過程。

　　1 系統(tǒng)簡介

　　本系統(tǒng)采用SamSung公司的Arm7TDMI內核的S3C4510B處理器，主要利用其強大的網絡功能，與PC機進行網絡通信。該系統(tǒng)的主要功能是利用串口監(jiān)測一種智能電表，將獲得的數據通過Internet傳給PC機，由PC機再做進一步的處理，將最終結果呈現給用戶。

　　硬件平臺包括一個以ARM為內核的處理器、存儲器使用2MB的Flash和16MB的SDRAM，外部接口除了通信的串口，還外接了一個以太網接口，以支持S3C4510B的網絡功能。軟件平臺由以下部分組成：系統(tǒng)引導程序Bootloader、嵌入式操作系統(tǒng)內核、文件系統(tǒng)。

　　根據內核是否壓縮以及內核是否在本地執(zhí)行，uCLinux通常有兩種啟動方式：flash本地執(zhí)行方式和壓縮內核加載方式。本系統(tǒng)采用第二種啟動方案，即內核的壓縮映象固化到flash上，系統(tǒng)啟動時在內存中解壓，然后在內存中執(zhí)行，這種啟動方式相比第一種方式運行速度更快。

　　2 uCLinux內核啟動過程的實現

　　可將ARM＋uCLinux系統(tǒng)的啟動過程總結為以下幾個階段：（1）PC指向復位地址入口處，即0x0H處的Bootloader代碼。Bootloader完成一些基本的初始化，將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)；（2）Bootloader將控制權交給操作系統(tǒng)內核的引導程序后，開始uCLinux內核的加載；（3）uCLinux內核加載引導完成，啟動init進程，完成系統(tǒng)的引導過程。

　　本系統(tǒng)的啟動方案采用uCLinux自帶的引導程序加載內核。在內核啟動過程中主要調用這幾個文件：head.S（在linux-2.4.xarcharmnommubootcompressed目錄下）、main.c（在linux-2.4.xinitinit目錄下）、simpleinit.c（在userinit目錄下）[1]。實際應用中應根據硬件平臺和系統(tǒng)功能，修改相關文件，以正確地引導系統(tǒng)。

　　當Bootloader將控制權交給內核的引導程序時，第一個執(zhí)行的程序就是head.S，它完成了加載內核的大部分工作；misc.c則提供加載內核所需要的子程序，其中解壓內核的子程序是head.S調用的重要程序，另外內核的加載還須知道系統(tǒng)的硬件信息，該硬件信息在hardware.h中定義并被head.S所引用。本系統(tǒng)中內核的啟動流程如圖1所示。