基于嵌入式uCLinux內(nèi)核啟動(dòng)過(guò)程分析與設(shè)計(jì)

　　0 引言

　　32位ARM嵌入式處理器具有高性能、低功耗、高性價(jià)比的特性，已被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品、無(wú)線通信、控制和網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域。uCLinux是專門(mén)為無(wú)MMU處理器設(shè)計(jì)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(kāi)發(fā)模式非常普遍。

　　一個(gè)基于uCLinux的完整的嵌入式系統(tǒng)由三個(gè)部分組成，即系統(tǒng)引導(dǎo)程序Bootloader、uCLinux操作系統(tǒng)內(nèi)核和文件系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的啟動(dòng)引導(dǎo)技術(shù)是嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的一個(gè)難點(diǎn)，系統(tǒng)啟動(dòng)引導(dǎo)的成功與否決定了應(yīng)用程序的運(yùn)行環(huán)境是否能正確建立，系統(tǒng)啟動(dòng)成功是應(yīng)用正確運(yùn)行的前提。而uCLinux內(nèi)核的啟動(dòng)過(guò)程也是其中重要一環(huán)，分析uCLinux的啟動(dòng)過(guò)程，可以加快系統(tǒng)啟動(dòng)速度、正確建立應(yīng)用環(huán)境。本文要研究的就是uCLinux操作系統(tǒng)內(nèi)核的啟動(dòng)過(guò)程。

　　1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　本系統(tǒng)采用SamSung公司的Arm7TDMI內(nèi)核的S3C4510B處理器，主要利用其強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，與PC機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。該系統(tǒng)的主要功能是利用串口監(jiān)測(cè)一種智能電表，將獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)Internet傳給PC機(jī)，由PC機(jī)再做進(jìn)一步的處理，將最終結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。

　　硬件平臺(tái)包括一個(gè)以ARM為內(nèi)核的處理器、存儲(chǔ)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(gè)以太網(wǎng)接口，以支持S3C4510B的網(wǎng)絡(luò)功能。軟件平臺(tái)由以下部分組成：系統(tǒng)引導(dǎo)程序Bootloader、嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核、文件系統(tǒng)。

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

　　2 uCLinux內(nèi)核啟動(dòng)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)

　　可將ARM＋uCLinux系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程總結(jié)為以下幾個(gè)階段：（1）PC指向復(fù)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(gè)合適的狀態(tài)；（2）Bootloader將控制權(quán)交給操作系統(tǒng)內(nèi)核的引導(dǎo)程序后，開(kāi)始uCLinux內(nèi)核的加載；（3）uCLinux內(nèi)核加載引導(dǎo)完成，啟動(dòng)init進(jìn)程，完成系統(tǒng)的引導(dǎo)過(guò)程。

　　本系統(tǒng)的啟動(dòng)方案采用uCLinux自帶的引導(dǎo)程序加載內(nèi)核。在內(nèi)核啟動(dòng)過(guò)程中主要調(diào)用這幾個(gè)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(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)硬件平臺(tái)和系統(tǒng)功能，修改相關(guān)文件，以正確地引導(dǎo)系統(tǒng)。

　　當(dāng)Bootloader將控制權(quán)交給內(nèi)核的引導(dǎo)程序時(shí)，第一個(gè)執(zhí)行的程序就是head.S，它完成了加載內(nèi)核的大部分工作；misc.c則提供加載內(nèi)核所需要的子程序，其中解壓內(nèi)核的子程序是head.S調(diào)用的重要程序，另外內(nèi)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(nèi)核的啟動(dòng)流程如圖1所示。