ARM的uClinux的設計與應用

　　1 嵌入式操作系統(tǒng)uClinux及其應用開發(fā)

　　嵌入式軟件平臺由以下部分組成：系統(tǒng)引導程序、嵌入式操作系統(tǒng)內核、文件系統(tǒng)。系統(tǒng)引導程序通常也稱為BootLoad—er ，代碼量雖少，但是作用非常大，相當于PC上的BOIS，負責將操作系統(tǒng)內核固化到Flash中和系統(tǒng)初始化工作。然后將系統(tǒng)控制權交給操作系統(tǒng)。文件系統(tǒng)是嵌入式軟件平臺占用存儲量最大的一部分，也是與用戶開發(fā)最相關的一部分，它存儲了系統(tǒng)配置文件、系統(tǒng)程序、用戶應用程序和必需的驅動程序。

　　近些年我們在嵌入式系統(tǒng)及其應用的科研工作中采用了信息產業(yè)中的最新技術，打破了學科之間的界限，感到控制的出路原來很多，盡管處處是挑戰(zhàn)。過去我們熟悉的“控制”有很大的局限性。：一是不考慮硬件的限制， 二是不考慮控制器的復雜性及計算能力，三是不注重實用性和效益。在微處理器，微傳感器和微型執(zhí)行元件不斷推出新產品的形勢下，控制的思路與手段正經歷著巨大的變化。在經過一番艱苦的實踐摸索之后，我們對控制學科的研究和教學有了一些新的認識。本教材就是在我們這些年科研工作的基礎上總結出來的，它還比較粗糙，還需要今后花大力氣把它完善與提高。

　　1.1 BootLoader程序

　　BootLoader就是在操作系統(tǒng)內核運行之前運行的一段小程序。通過這段小程序，我們可以初始化硬件設備、建立內存空間映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適狀態(tài)，以便為最終調用操作系統(tǒng)內核準備好正確的環(huán)境。在嵌入式系統(tǒng)中，通常并沒有像BIOS那樣的固件程序（注，有的嵌入式CPU也會內嵌一段短小的啟動程序），因此整個系統(tǒng)的加載啟動任務就完全由BootLoader來完成。比如在一個基于ARM7TDMI core的嵌入式系統(tǒng)中，系統(tǒng)在上電或復位時通常都從地址0x00000000處開始執(zhí)行，而在這個地址處安排的通常就是系統(tǒng)的BootLoader程序。

　　系統(tǒng)引導程序BootLoader是嵌入式系統(tǒng)加電后執(zhí)行的第一個程序，一般應寫入Flash存儲器中并從起始物理地址0x0開始。在應用實際中BootLoader的功能主要有：① 將uCLinux內核和文件系統(tǒng)燒寫到目標板中；②系統(tǒng)初始化；③系統(tǒng)的內存映射；④加載uClinux內核

　　引導加載程序是系統(tǒng)加電后運行的第一段軟件代碼。PC機中的引導加載程序由BIOS（其本質就是一段固件程序）和位于硬盤MBR中的OS BootLoader（比如，LILO和GRUB等）一起組成。BIOS在完成硬件檢測和資源分配后，將硬盤MBR中的BootLoader讀到系統(tǒng)的RAM中，然后將控制權交給OS BootLoader。BootLoader的主要運行任務就是將內核映象從硬盤上讀到 RAM 中，然后跳轉到內核的入口點去運行，也即開始啟動操作系統(tǒng)。

　　通常，BootLoader是嚴重地依賴于硬件而實現的，特別是在嵌入式世界。因此，在嵌入式世界里建立一個通用的BootLoader幾乎是不可能的。盡管如此，我們仍然可以對BootLoader歸納出一些通用的概念來，以指導用戶特定的BootLoader設計與實現。

　　1.2 嵌入式操作系統(tǒng)uCiinux

　　uClinux就是Micro—Control—Linux，是針對控制領域的嵌入式linux操作系統(tǒng)，它是從Linux 2.0／2.4內核派生而來，沿襲了主流Linux的絕大部分特性，適合不具備內存管理單元（MMU）的微處理器／微控制器（例如ARM7TDMI），它也是一個完全符合GNU／GPL公約的操作系統(tǒng)，完全開放代碼。和主流的Linux相比，uClinux有以下特點：① 簡化了內核加載方式，uClinux的內核可以在Flash上直接運行；② 采用romfs文件系統(tǒng)作為root文件系統(tǒng)，相對于一般的ext2使用更少的存儲空間；③ 使用了Flat可執(zhí)行文件格式替代elf格式；④ 使用應用程序庫uClibc替代libc。

　　1.3 uClinux的編譯與移植

　　I-3.1 uClinux系統(tǒng)針對硬件的改動

　　uclinux表示micro-control linux.即“微控制器領域中的Linux系統(tǒng)”，是Lineo公司的主打產品，同時也是開放源碼的嵌入式Linux的典范之作。uCLinux主要是針對目標處理器沒有存儲管理單元MMU（Memory Management Unit）的嵌入式系統(tǒng)而設計的。它已經被成功地移植到了很多平臺上。由于沒有MMU，其多任務的實現需要一定技巧。

　　目前。uClinux已被成功移植到多款微處理器芯片上。但由于嵌入式操作系統(tǒng)的運行是與嵌入式系統(tǒng)的硬件密切相關的。而硬件的設計則會因為使用場合的不同而千差萬別，因此，在uClinux內核源代碼中和硬件緊密相關的部分就應該針對特定的硬件作出適當的修改。

　　本文中所涉及的對uClinux操作系統(tǒng)源代碼的裁剪修改主要有以下幾個地方：

　　uClinux內核源代碼中對S3C4510B片內特殊功能寄存器以及其他相關硬件信息的定義文件hardware.h首先要定義系統(tǒng)工作的主時鐘頻率，本系統(tǒng)的為50MHz。

　　／********************************／

　　define$3C4510b CPU master clock

　?。?*******************************／

　　#define MHz l0o0000

　　#define fMCLK_ MHz （50 MHz）

　　#define fMCLK （fMCLK_MHz／MHz）

　　#define MCLK2 （fMCLK_MHz／21

　　此外對系統(tǒng)SYSCFG寄存器也進行了相關的設置。如Cache操作使能、寫緩沖使能以及設置了特殊功能寄存器組的基指針等。最后即定義系統(tǒng)存儲器控制寄存器。

　　1.3.2 編譯uClinux內核

　　在準備好uClinux的內核源代碼后。利用交叉編譯器就可以編譯生成運行在硬件目標板上的uClinux內核。首先將U—Clinux內核源代~uClinux—Samsung一20031005.tar.gz保存到宿主機的用戶目錄，解壓完畢后。就會在用戶目錄下生成uClinux—Samsung目錄。

　　以下是編譯uClinux的具體過程：

　　使用make menuconfig或者make xconfig命令進行內核配置：

　　輸人命令：make dep

　　輸入命令：make clean：

　　輸入命令：make lib_only：

　　輸入命令：make romfs：

　　輸入命令：make image：

　　輸入命令：make。