嵌入式系统课件

平台层次的移植


如果待移植处理器是某种uClinux已支持体系的处理 器，则需要在相关体系结构目录下建立相应目录并 编写相应代码。 如MC68EZ328就是基于无MMU的m68k内核的。此时的 移植需要创建的 linux/arch/m68knommu/platform/MC68EZ328目录下， 并在其下编写跟踪程序（实现用户程序到内核函数 的接口等功能）、中断控制调度程序和向量初始化 程序等。

系统调用函数/捕获函数：在执行完‚init”程序后， 内核对程序流不再有直接的控制权，此后，他的作用 仅仅是处理异步时间（例如硬件中断）和为系统调用 提供进程。

设备驱动：设备驱动占据Linux内核很大一部分。 与其它的操作系统一样，设备驱动为它们所控制的 硬件设备和操作系统提供接口。

文件系统：Linux最重要的特征之一就是对多种文 件系统的支持,使得Linux很容易的同其他操作系统 共存。文件系统使得用户能够察看存储设备上的文 件和路径而无须考虑实际的物理设备的文件系统类 型。
uClinux发行版本的目录结构

在uCLinux的主页上有相关发行版 本的源代码、编译工具等下载。采用较多的uCLinux 发行版本20040408-2.4.18。 从网上下载uClinux-dist发行版本，然后解压。
uClinux的移植大致可以分为3个层次
结构层次的移植 如果待移植处理器的结构不同于任何已经支持的处理器结 构，则需要修改linux/arch目录下相关处理器结构的文件。 虽然uClinux内核代码的大部分是独立于处理器和其体系结构 的，但是其最低级的代码也是特定于各个系统的。这主要表现 在它们的中断处理上下文、内核映射的维护、任务上下文和初 始化过程都是独特的。 这些例行程序位于lunux/arch/目录下。由于Linux所支持 体系结构的种类繁多，所以对一个新型的体系，其低级例程可 以模仿与其相似的体系例程编写。

系执行流程图
嵌入式Linux分类



第一类是在利用Linux强大功能的前提下，使它尽可 能的小，以满足许多嵌入式系统对体积的要求，如 uClinux()； 第二类是将Linux开发成实时系统尤其是硬实时系统， 应用于一些关键的控制场合，如Fsmlabs公司 ()的RTLinux、 MontaVista()的Hard Hat Linux等； 第三类的产品就是将实时性和嵌入式方案结合起来 的方案，很多公司都这么做，并且提供集成化的开 发方案，如Lineo、TimeSys、合肥华恒等。
② 操作系统对内存空间没有保护（这实际上是很多嵌入式 系统的特点），各个进程实际上共享一个运行空间(没有独立的 地址转换表）。 ③ 一个进程在执行前，系统必须为进程分配足够的连续地 址空间，然后全部载入主存储器的连续空间中。 ④ 磁盘交换空间无法使用的，系统执行时如果缺少内存将 无法通过磁盘交换来得到改善。
嵌入式Linux系统典型构成
学习嵌入式linux，主要做的就是四点
第一点就是写bootloader,并移植到到nor flash上 第二点，编译kernel,并通过bootloader下载到 nand flash上 第三点，在基于nand flash上建立文件系统 第四点，把写好的应用程序下载到target上。 基本流程就是这么下来的，具体到开发板上时可能 就有所差别了.

每层再划分功能模块 移植工作集中在硬件相关层，与其余两层无关

功能的伸缩集中在模块上，从而确保了系统具 有良好的可移植性和可伸缩性。
嵌入式操作系统技术现状（续）


功能复杂，具有可剪裁、可配置的能力 采用的主要技术：


可剪裁技术。操作系统以内核为中心，包括 很多独立的功能组件如文件、网络等。除内 核外其他组件的选择任意搭配，由应用决定。 可配置技术。每个功能组件都可以根据应用 的要求进行配置，比如最大任务数、内存地 址、堆栈大小、系统任务的优先级、缓冲区 大小及文件数等。
Why

?
标准Linux针对有MMU的处理器设计。在这种处理器 上，虚拟地址被送到MMU，把虚拟地址映射为物理地 址。通过赋予每个任务不同的虚拟地址/物理地址转 换映射，可支持不同任务之间的保护。
Why
?
最初，运行于这类没有MMU的CPU之上的都是一些 很简单的单任务操作系统，或者更简单的控制程序， 甚至根本就没有操作系统而直接运行应用程序。在这 种情况下，系统无法运行复杂的应用程序，或者效率 很低，而且，所有的应用程序需要重写，并要求程序 员十分了解硬件特性。这些都阻碍了应用于这类CPU之 上的嵌入式产品开发的速度。 然而，随着uCLinux的诞生，这一切都改变了。

uClinux与uC/OS-II的区别 － 实时性


uClinux内核不关心实时性问题，可以通过和 RTLinux配合来实现实时。 RTLinux处理实时任务，非实时任务由linux完成。 RTLinux是为linux提供实时性的方法，同样也适用于 uClinux。通过RTLinux的patch，可以满足uClinux对 实时性的需求。 uC/OS-II采用占先式内核，实时性好。
(init、data、bss 和text 的地址是由编译链接时的定位文件
vmlinux.lds 决定的）
内核结构
内核结构


Boot Loader：负责Linux内核的启动，它用于初始化 系统资源，包括SDRAM。这部分代码用于建立Linux内 核运行的环境。 内核初始化：Linux内核入口点是start_kernel（） 函数。他初始化内核的其他部分，包括捕获，IRQ通 道，调度，设备驱动，标定延迟循环，最重要的是能 够fork“init”进程，以启动整个多任务环境。
等。
嵌入式操作系统技术现状


适应不同的嵌入式硬件平台，具有可移 植、可伸缩能力。 采用的主要技术： 编程语言普遍采用高级语言实现，主 要以C语言为主。 体系结构采用分层和模块化结构或微 内核结构。
嵌入式操作系统技术现状（续）

分层和模块化结构，将操作系统分为：

硬件无关层
硬件抽象层 硬件相关层
针对NOMMU的特殊处理
uClinux针对没有MMU的处理器设计，不能使用处理器的虚拟 内存管理技术,但简单和尽量靠拢标准Linux得需要，uClinux 仍然沿用标准Linux的分页内存管理结构，系统在启动时把实际 存储器进行分页，但实际上采用的是实存储器管理策略。
特点：
① uClinux系统对于内存的访问是直接的，（它对地址的访 问不需要经过MMU，而是直接送到地址线上输出），所有程序中 访问的地址都是实际的物理地址。
uClinux与uC/OS-II的区别 － 开发工具
uClinux发布中包含了编译器和调试器等工具，它们
都采用GCC编译器，汇编语法一致。 uC/OS-II没有指定编译器，在不同的平台下使用该 平台下的编译器，而各个编译器，其汇编语法不同，因 此，在不同类型平台下，汇编程序不一致。
uClinux与uC/OS-II的区别 － 开发资源
从内存的访问角度来看，开发人员的权利增大了 （开发人员在编程时可以访问任意的地址空间），但 与此同时系统的安全性也大为下降。 从嵌入式设备实现的功能来看，嵌入式设备通常在 某一特定的环境下运行，只要实现特定的功能，其功能 相对简单，内存管理的要求完全可以由开发人员考虑。
uClinux与linux的区别 － 内存管理
嵌入式操作系统技术现状（续）


可靠性和高可用 采用的主要技术：

利用存储管理单元（MMU）、用户态和核心态 机制，实现操作系统与应用程序的隔离，以 及应用程序和应用程序之间的隔离，以防止 应用程序破坏操作系统的代码、数据。
嵌入式操作系统的发展趋势

体系结构向微内核方向发展

可伸缩、可移植、可剪裁、可配置
特点



(1) 通用Linux API (2) 内核体积 ＜ 512 KB (3) 内核 +文件系统＜900 KB (4) 完整的TCP/IP 协议栈 (5) 支持大量其它的网络协议 (6) 支持各种文件系统，包括 NFS、ext2、ROMfs and JFFS、MS-DOS 和FAT16/32等。
uCLinux是一个完全符合GNU/GPL公约的项目，完 全开放代码，现由Lineo公司支持维护。 u——Micro，小的意思。 C——Control，控制的意思。 uCLinux——Micro-Control-Linux“微控制领域中的 Linux系统‛。 它专门针对没有MMU的CPU，并专为嵌入式系统做了 许多小型化的工作，已支持前面提到的多款CPU。

在开发上，uClinux与linux采用相同的API调用，接 口文档齐全，书籍、网上资源非常丰富。 uC/OS-II虽没有标准的API接口，但是其内核非常简 单、简洁，且书籍、网上资源也比较多。

uClinux与uC/OS-II的区别 － 移植性

uClinux发布中包含了多种平台下的移植，可以通过 配臵内核选择体系结构和裁剪内核。 uC/OS-II的不同平台下的移植通过不同的移植代码 独立发布，没有一个统一的界面，通过宏定义进行内 核裁剪。
uClinux与uC/OS-II的区别 － 功能性
uClinux来源于linux，包含一整套的编译、调试等开发工 具、内核源代码、各种文件系统、图形接口、各种协议、驱动 程序以及丰富的应用程序。
uC/OS-II确切的来说只是一个微内核，仅仅包含多任务调 度、简单内存管理等基本的多任务操作系统元素，且多任务调 度算法和内存管理等都比较简单。对于想实现GUI、FS、协议等 都必须另外购买或者移植，对于设备驱动程序没有提供专门统 一的接口。