PC/104平臺(tái)嵌入式Linux系統(tǒng)核心定制方法

　　摘　要：基于PC/104平臺(tái)的嵌入式Linux技術(shù)在海洋自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景，Linux核心定制方法的研究是嵌入式Linux系統(tǒng)研制的關(guān)鍵工作。本文結(jié)合PC/104平臺(tái)嵌入式Linux系統(tǒng)的研制，詳細(xì)論述了Linux內(nèi)核和文件系統(tǒng)的定制方法。

　　關(guān)鍵詞：Linux;內(nèi)核;文件系統(tǒng);

　　本文就如何對(duì)Linux系統(tǒng)的核心實(shí)現(xiàn)定制進(jìn)行論述，主要內(nèi)容包括Linux內(nèi)核部分和文件系統(tǒng)，系統(tǒng)定制的硬件平臺(tái)是PC/104單片機(jī)。之所以將Linux內(nèi)核定制、文件系統(tǒng)定制單獨(dú)討論，是因?yàn)樵诨谌魏纹脚_(tái)的Linux系統(tǒng)定制過(guò)程中，其內(nèi)核和文件系統(tǒng)的定制工作都具有相似的特征和相似的過(guò)程。

　　在基于PC/104平臺(tái)的嵌入式Linux研制過(guò)程中，進(jìn)行核心定制的主要目的是從需求出發(fā)使系統(tǒng)最大程度地滿足應(yīng)用的需要、最大程度地適應(yīng)系統(tǒng)硬件平臺(tái)、最優(yōu)化地支持系統(tǒng)外圍設(shè)備和應(yīng)用程序，并且盡量減少對(duì)系統(tǒng)資源的占用、減少系統(tǒng)功耗，增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性，另外使系統(tǒng)真正地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)權(quán)自主化。

　　內(nèi)核定制

　　一般操作系統(tǒng)的內(nèi)核從體系結(jié)構(gòu)角度可以劃分為兩種:微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)、單內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)。微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)只在內(nèi)核中包括了一些基本的內(nèi)核功能，其它部分在用戶內(nèi)存空間運(yùn)行，這種結(jié)構(gòu)需要在各層之間進(jìn)行調(diào)用，因此會(huì)有一定的消耗，使執(zhí)行效率不如單內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)。Linux采用單內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)，內(nèi)核的所有部分都集中在一起，這樣能使系統(tǒng)的各部分直接溝通，有效地縮短任務(wù)之間的切換時(shí)間，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，實(shí)時(shí)性好并提高了CPU的利用率，但在系統(tǒng)比較大的時(shí)候體積也比較大，與嵌入式系統(tǒng)容量小、資源有限的特點(diǎn)不符合，因此需要進(jìn)行非常精細(xì)的定制以適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)的需要。

　　內(nèi)核版本

　　Linux的源程序是完全公開(kāi)的，任何人只要遵循GPL，就可以對(duì)內(nèi)核加以修改并發(fā)布給他人使用。Linux的開(kāi)發(fā)采用的是雙樹(shù)系統(tǒng)。一個(gè)樹(shù)是穩(wěn)定樹(shù)(stable tree)，另一個(gè)樹(shù)是非穩(wěn)定樹(shù)(unstable tree)或稱開(kāi)發(fā)樹(shù)(development tree)。一些新特性、實(shí)驗(yàn)性改進(jìn)等都將首先在開(kāi)發(fā)樹(shù)中進(jìn)行，如果在開(kāi)發(fā)樹(shù)中所做的改進(jìn)也可以應(yīng)用于穩(wěn)定樹(shù)，那么在開(kāi)發(fā)樹(shù)中經(jīng)過(guò)測(cè)試以后，在穩(wěn)定樹(shù)中將進(jìn)行相同的改進(jìn)。一旦開(kāi)發(fā)樹(shù)經(jīng)過(guò)了足夠的發(fā)展，開(kāi)發(fā)樹(shù)就會(huì)成為新的穩(wěn)定樹(shù)。開(kāi)發(fā)樹(shù)就體現(xiàn)在源程序的版本號(hào)中;源程序版本號(hào)的形式為x.y.z，對(duì)于穩(wěn)定樹(shù)來(lái)說(shuō)，y是偶數(shù);對(duì)于開(kāi)發(fā)樹(shù)來(lái)說(shuō)，y比相應(yīng)的穩(wěn)定樹(shù)大一(是奇數(shù))。到目前為止，穩(wěn)定樹(shù)的最高版本是2.4.21，開(kāi)發(fā)樹(shù)的最新版本是2.5.73。本項(xiàng)目采用的內(nèi)核版本是2.2.20，選擇2.2.20版本內(nèi)核的主要原因有:

　　a.版本為2.0及以前內(nèi)核中的設(shè)備驅(qū)動(dòng)不如2.2版本的全面；

　　b.版本為2.2的內(nèi)核增加了很多新特性；

　　c.新的版本為2.4的內(nèi)核對(duì)PC/104的CPU塊支持不好；

　　d.由于不明原因版本為214的內(nèi)核對(duì)PC/104 ；

　　e.版本為2.4內(nèi)核相對(duì)龐大，編譯后的內(nèi)核文件也相對(duì)較大；

　　f.版本為2.2的內(nèi)核已完全能夠滿足本項(xiàng)目的需要。

　　目前，大多數(shù)面向數(shù)據(jù)采集的嵌入式Linux研制工作都是基于版本2.0/2.2內(nèi)核進(jìn)行的。實(shí)際上，內(nèi)核版本的提升，其復(fù)雜度也隨之升高，也會(huì)給嵌入式系統(tǒng)的定制工作帶來(lái)很多的困難。

　　內(nèi)核設(shè)置

　　內(nèi)核設(shè)置工作可以通過(guò)直接修改內(nèi)核源代碼中的Make file文件、Config.in文件和內(nèi)核源代碼根目錄下的.config文件來(lái)完成。內(nèi)核源代碼中的每個(gè)目錄都有各自的用途，每個(gè)子目錄下也都有相應(yīng)的Make file文件。例如，在目錄drivers/block/ Config.in文件中有如下語(yǔ)句：