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嵌入式Linux: uClinux操作系統移植

日期:2017/2/27 17:39:58   编辑:Unix教程
uClinux

1. uClinux簡介

uClinux這個英文單詞中u表示Micro,小的意思,C表示Control,控制的意思,所以uClinux就是Micro-Control-Linux,字面上的理解就是"針對微控制領域而設計的Linux系統".

uclinux是一個源碼開放的操作系統,面向沒有MMU(Memory Management Unit)的硬件平台。它是linux的一個變種,主要的區別在於兩者的內存管理機制和進程調度管理機制,同時為了適應嵌入式應用的需求,它的采用了romfs文件系統,並對linux上的c語言庫glibc做了簡化。

2. 硬件體系結構簡介

運行uClinux的硬件平台主要包括如下幾個部分:cpu(ARMv4指令集兼容)、uart、memory controller、定時器、flash存儲器,sdram存儲器,中斷控制器和DMA.

3. 編譯環境和編譯工具

uclinux操作系統源碼絕大部分是用c語言開發的,有一些與硬件直接相關的代碼則用特定於某一CPU體系結構的匯編來實現。這些源碼只能用GNU的gcc編譯工具來進行編譯、鏈接。

GNU gcc可以運行於Linux/Unix操作系統上。如果要在Windows平台上運行gcc,則必須安裝Cygwin.Cygwin可以在Windows中安裝一個linux的運行環境,這樣就可以在windows下運行原本只能在linux下運行的程序。

為了在PC上編譯得到運行於目標CPU上的操作系統內核,還必須安裝一個合適的交叉編譯器。Gcc 提供了現成的針對MIPS、ARM、M68K、Sharc、PowerPC的交叉編譯器。如果沒有現成的交叉編譯器,則需要自行設計。GNU網站提供了一些如何開發新的交叉編譯器的文章。開發一個新的編譯器,一般需要如下幾個步驟:

(1)、編寫機器描述腳本。采用gcc的RTL(Register Tansfer Language)語言描述針對某一CPU體系結構的機器指令與尋址方式、CPU浮點處理方式、endianess、c語言中各種數據類型的位寬、寄存器的個數和使用規則、堆棧和函數調用規則等體系結構的細節。

(2)、設計代碼生成器。Gcc在對c語言源文件進行了詞法和語法分析後,將產生一種中間格式文件(intermediate representation)。為了把這種中間格式文件轉化為針對具體CPU體系結構的機器碼,需要自行設計一個代碼生成器。

(3)、設計匯編器

(4)、設計鏈接器

4. uClinux啟動過程

uClinux系統的啟動可以分為兩個步驟:

(1)。 運行bootloader初始化程序

SRAM、SDRAM等存儲設備屬於揮發性的存儲器,掉電以後其中的內容就會全部丟失,所以必須把操作系統的內核鏡像存放在Flash等不揮發性存儲介質上。但是操作系統在運行時,需要動態的創建一些如數據段、堆棧、頁表(針對使用虛擬地址的操作系統)等內容,所以需要在RAM中運行操作系統。因此,就需要一個引導程序把操作系統的內核鏡像從Flash存儲器拷貝到RAM中,然後再從RAM中執行操作系統的內核。Bootloader就是可以完成這樣一種功能的程序。

從本質上來講,bootloader不屬於操作系統內核。它采用匯編語言編寫,因此針對不同的cpu體系結構,這一部分代碼不具有可移植性。在移植操作系統時,這部分代碼必須加以改寫。

具體來講,bootloader在系統啟動時主要完成以下幾項工作:

。 將操作系統內核從flash拷貝到sdram中,如果是壓縮格式的內核,還要將之解壓縮。

。 改寫系統的memory map,原先flash起始地址映射為0地址,這時需要將RAM的起始地址映射為0.

。 設置堆棧指針並將bss段清零。將來執行c語言程序和調用子函數時要用到。

。 改變pc值,使得cpu開始執行真正的操作系統內核。

(2) 運行操作系統內核

bootloader程序執行完上述的各項工作後,通過一條跳轉指令,轉而執行ini目錄下c語言源文件main.c中的函數start_kernel()。因為在此之前bootloader已經創建好一個初始化環境,

c函數可以開始執行了。整個操作系統內核的初始化工作從這裡才算是真正開始。這個函數的長度比較短,代碼如下:

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