嵌入式Linux的体系结构及其内核分析
嵌入式linux操作系统原理与应用
嵌入式Linux操作系统是一种针对嵌入式设备设计和优化的Linux操作系统。
它在嵌入式系统中发挥着关键作用，为嵌入式设备提供了丰富的功能和灵活性。
以下是嵌入式Linux操作系统的原理和应用方面的概述：嵌入式Linux操作系统原理：内核：嵌入式Linux操作系统的核心是Linux内核，它提供了操作系统的基本功能，包括处理器管理、内存管理、设备驱动程序、文件系统和网络协议栈等。
裁剪：为了适应嵌入式设备的资源限制，嵌入式Linux操作系统通常经过裁剪和优化，只选择必要的功能和驱动程序，以减小内存占用和存储空间，并提高性能和响应速度。
交叉编译：由于嵌入式设备通常具有不同的硬件架构和处理器，所以嵌入式Linux操作系统需要通过交叉编译来生成适用于目标设备的可执行文件和库。
设备驱动：嵌入式Linux操作系统需要适配各种硬件设备，因此需要编写和集成相应的设备驱动程序，以使操作系统能够正确地与硬件进行通信和交互。
嵌入式Linux操作系统应用：嵌入式设备：嵌入式Linux操作系统广泛应用于各种嵌入式设备，如智能手机、平板电脑、家用电器、工业控制系统、车载设备等。
物联网（IoT）：随着物联网的快速发展，嵌入式Linux操作系统被广泛应用于连接的嵌入式设备，用于数据采集、通信、远程控制和智能化管理。
嵌入式开发板：嵌入式Linux操作系统在开发板上提供了丰富的开发环境和工具链，用于嵌入式软件开发和调试。
自定义嵌入式系统：开发者可以基于嵌入式Linux操作系统构建自定义的嵌入式系统，根据特定需求进行定制和开发，实现各种功能和应用。
嵌入式Linux操作系统的原理和应用非常广泛，它为嵌入式设备提供了灵活性、可定制性和强大的功能支持，使得开发者能够构建高度定制化和功能丰富的嵌入式系统。
Linux操作系统的内核设计分析
Linux操作系统的内核设计分析Linux操作系统作为开源操作系统的代表，已经在各个领域得到了广泛应用。
而Linux操作系统的内核则是这个系统之所以能够运转的关键所在。
本文将就Linux操作系统的内核设计进行分析，并探讨其优劣之处。
一、Linux内核设计的基础Linux内核的设计基础主要包括以下几个方面：1. 开放源码Linux内核采用的是GPL协议，这意味着它是一个开放源码的项目。
这为世界各地的开发人员提供了极大的便利，方便他们进行开发和修改。
同时，这也确保了Linux内核的透明度，并且鼓励开发者贡献代码的同时，深度参与到Linux开源社区的构建和升级中。
2. 模块化Linux内核的构造采用的是模块化设计。
这种设计方式将内核代码分成独立的模块，每个模块都可以独立编译、加载和卸载。
采用模块化的设计，能够使得开发人员能够更加细致地打包、编译、并部署只包含他们需要的模块的系统。
3. 多任务Linux内核是一个基于多任务设计的系统。
这意味着它能够使得多个程序同时运行，并能够平滑高效地进行任务的切换。
这给开发人员提供了各种各样的自由，使得他们能够更加高效地进行开发。
4. 支持众多处理器架构Linux内核的支持范围非常广泛，它可以适配众多处理器架构。
这意味着一个制造商可以使用不同的处理器架构去生产设备，并且这些设备都能够安装和运行Linux操作系统。
5. 外层调用接口Linux内核支持开放式的外层调用接口。
这使得用户层可以很容易地调用Linux 内核执行某个任务。
这些用户层应用包括网上购物网站、应用程序和各种驱动程序。
6. 子系统Linux内核的子系统主要包括进程管理、内存管理、I/O管理和网络管理等。
二、Linux内核的优点Linux内核具有以下主要优点：1. 开源性Linux内核本身是一个开源的、由社区驱动的项目。
这意味着在它的附加组件和周边产品中，广大的开发者社区都可以为用户提供帮助和支持。
2. 安全性相比其他闭源操作系统，Linux内核在安全性方面更具优势。
linux操作系统的结构及详细说明
linux操作系统的结构及详细说明linux的操作系统的结构你了解多少呢?下面由店铺为大家整理了linux操作系统的结构及详细说明的相关知识，希望对大家有帮助!linux操作系统的结构及详细说明：一、 linux内核内核是操作系统的核心，具有很多最基本功能，它负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。
Linux 内核由如下几部分组成：内存管理、进程管理、设备驱动程序、文件系统和网络管理等。
系统调用接口：SCI 层提供了某些机制执行从用户空间到内核的函数调用。
这个接口依赖于体系结构，甚至在相同的处理器家族内也是如此。
SCI 实际上是一个非常有用的函数调用多路复用和多路分解服务。
在 ./linux/kernel 中您可以找到 SCI 的实现，并在 ./linux/arch 中找到依赖于体系结构的部分。
1. 内存管理对任何一台计算机而言，其内存以及其它资源都是有限的。
为了让有限的物理内存满足应用程序对内存的大需求量，Linux 采用了称为“虚拟内存”的内存管理方式。
Linux 将内存划分为容易处理的“内存页”(对于大部分体系结构来说都是 4KB)。
Linux 包括了管理可用内存的方式，以及物理和虚拟映射所使用的硬件机制。
不过内存管理要管理的可不止 4KB 缓冲区。
Linux 提供了对 4KB 缓冲区的抽象，例如 slab 分配器。
这种内存管理模式使用 4KB 缓冲区为基数，然后从中分配结构，并跟踪内存页使用情况，比如哪些内存页是满的，哪些页面没有完全使用，哪些页面为空。
这样就允许该模式根据系统需要来动态调整内存使用。
为了支持多个用户使用内存，有时会出现可用内存被消耗光的情况。
由于这个原因，页面可以移出内存并放入磁盘中。
这个过程称为交换，因为页面会被从内存交换到硬盘上。
内存管理的源代码可以在 ./linux/mm 中找到。
2 .进程管理进程实际是某特定应用程序的一个运行实体。
linux系统结构框架
linux系统结构框架
Linux系统一般有4个主要部分：内核、shell、文件系统和应用程序。
内核、shell和文件系统一起形成了基本的操作系统结构，它们使得用户可以运行程序、管理文件并使用系统。
1.内核：内核是操作系统的核心，具有很多最基本功能，它负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。
Linux 内核由如下几部分组成：内存管理、进程管理、设备驱动程序、文件系统和网络管理等。
2.Shell：shell是命令行解释器，可以为用户提供对系统的访问，也可以被用作程序或者脚本的命令行环境。
有多种shell可以选择，比如bash,zsh,ksh等。
3.文件系统：Linux系统使用一个基于文件的层级结构来组织和存储系统资源。
每个文件和目录都从根目录“/”开始，然后层层嵌套。
4.应用程序：Linux系统上可以运行各种应用程序，包括文本编辑器、浏览器、开发工具等。
应用程序为用户提供了使用系统的接口。
在更细致的层次结构上，Linux系统的内存管理分为几个主要组件，包括物理内存管理、虚拟内存管理以及内核内存管理等。
物理内存管理负责物理内存的分配和回收，虚拟内存管理则将物理内存映射到虚拟地址空间，并实现内存的共享和保护。
内核内存管理则负责内核空间的分配和释放，以及内核页面的交换等。
嵌入式Linux中常见的文件系统及特点
嵌⼊式Linux中常见的⽂件系统及特点1、Linux可⽀持的⽂件系统有多种，但是这么多种的⽂件系统都是基于Linux内核所提供的⽂件系统VFS的接⼝API。
因此对于Linux内核级别实现的⽂件系统只有VFS虚拟⽂件系统； 其余实现的⽂件系统都是调⽤VFS⽂件系统的API更上⼀层实现的；2、Linux⽂件系统的组成结构： 1、⽤户层：⽤户层向外提供Linux内核所⽀持⽂件系统的VFS的API接⼝ 内核层：内核实现了所说的各种⽂件系统 驱动层：驱动层是块设备的驱动程序 硬件层：硬件层是不同⽂件系统⽀持的存储器；3、Linux启动时的⽂件系统： 硬件上电启动，各项硬件初始化后，第⼀个启动的⽂件系统时RootFS根⽂件系统，如果说根⽂件系统没有起来，系统出现异常、将重启；4、常⽤的⽂件系统运⾏、存储设备有： DRAM、SDRAM以及ROM其中常使⽤flash;5、根据不同的存储介质，常见的⽂件系统有： 基于Flash（Nor、Nand）的⽂件系统有： jffs2:可读写，数据压缩、⽀持哈希表的⽂件系统，掉电保护；缺点：不适合使⽤在⼤容量的Nand Flash中，内存使⽤量太⼤极⼤降低数据操作速度； yaffs：读写速度快，占⽤内存⼩，实现内存访问异常处理；混合的垃圾回收算法；特别适合嵌⼊式设备使⽤；跨平台、⾃带Nand 芯⽚驱动 cramfs：只读的⽂件系统，执⾏速度快，内容⽆法扩充；⽂件系统健壮； romfs：简单紧凑、只读、不⽀持动态擦写；较多使⽤在uclinux系统上； 基于RAM存储介质的⽂件系统： ramdisk：将⼀部分固定⼤⼩的内存当做分区使⽤，不能真正算的上实际的⽂件系统，更像是⼀种机制，将实际的⽂件系统加载到内存中；将⼀些经常被访问的⽽⼜不会更改的⽂件放⼊到内存中，达到提⾼系统效率的⽬的；同时还负责将内核镜像与⽂件系统⼀块加载到内存中； ramfs/tmpfs ：基于内存的⽂件系统，⼯作于虚拟⽂件系统层，可以创建多个⽂件系统，可以指定每个⽂件系统最⼤使⽤内存；这种⽂件系统将所有的⽂件都放在RAM中，既可以提⾼读写速度，也可以避免对flash⼤量的读写操作；⽂件系统不可以格式化，占⽤内存⼤⼩可以指定； ⽹络⽂件系统： NFS：是⼀种基于⽹络共享技术，可以在不同平台、不同机器、不同操作系统上实现⽂件共享、⽂件传输；在嵌⼊式Linux系统初始开发阶段可以⾮常⽅便⽂件传输、⽂件修改；地址异常进⼊模式描述0x0000,0000复位管理模式电平复位0x0000,0004未定义指令异常未定义模式遇到不能处理的指令，⽆法识别的指令0x0000,000c 软件中断管理模式异常发⽣时CPU处理的步骤：R13(sp),R15(PC)1、保存当前执⾏位置：LR寄存器(R14)2、保存当前执⾏状态：CPSR3、寻找中断⼊⼝，中断向量表:PC寄存器找向量地址4、执⾏中断处理完成：5、中断返回，继续执⾏：R14 <exception_mode> = return linkSPSR<exception_mode>=CPSRCPSR[4:0] =exception mode number;/* 处理器⼯作模式控制位 */CPSR[5]=0; /* 使⽤ARM指令集 */If<exception_mode> == reset or FIQ thenCPSR[6]= 1;/* 屏蔽快速中断FIQ */CPSR[7]=1; /* 屏蔽外部中断IRQ */PC=exception vector address;复位异常中断处理程序的主要功能：1、设置异常中断向量表：2、初始化数据栈和寄存器：3、初始化存储系统MMU:4、初始化关键IO设备：5、使能中断：6、处理器切换到合适的模式：7、初始化C变量跳转到应⽤程序执⾏：R14<SVC> = 设置相应的值；SPSR<SVC> = 设置相应的值；CPSR[4:0]=0b10011;/* 进⼊特权模式 */CPSR[5]=0; /* 使⽤ARM指令集 */CPSR[6] =1; /* 禁⽌相关关闭FIQ */CPSR[7] =1; /* 禁⽌IRQ */If high vectors configured thenPC=0xffff,0000;ElsePC= 0x0000,0000;其余的异常以此类推；异常的优先级：1、Reset: 优先级1（最⾼）2、Data abort:23、FIQ:34、IRQ:45、Prefetch abort:56、SWI或者undefined instruction:6(最低)，软件中断异常或者未定义指令异常ARM硬件接⼝：1、程序的链接地址和程序地址：ld程序链接地址程序链接地址：是程序运⾏的起始地址；程序地址：是程序保存在硬盘中的地址；2、呵呵呵。
嵌入式Linux系统内核调整分析
而 高效 ， 高度节 约 资源 ， 动 速度 快 ， 费授权 用 户使 用 的特 点 启 免
更 节 约 了 嵌 入 式 产 品 开 发 的成 本 。
高效 ， 对具 体需 求 ， 除冗余 ， 针 去 在硬 件 资源 有 限的嵌 入 式 系统
上运 行 时达到 理想 的性 能 。 入式 系统 的硬件 的核 心部 件是 嵌 嵌
核 本来 已经 支 持Ａ Ｍ体 系结 构 ， ｉｕ 内核 源代 码 中 的ａｃ Ｒ 在Ｌｎ ｘ ｒｈ目
２ Ｌ ｎ ｘ 嵌 入 式 系统 中的 应 用 ｉｕ 在
Ｌｎ ｘ ｉｕ 和嵌 入 式 系统 都 是计 算 机 学术 领 域 中 的技 术 热点 ，
把 Ｌｎ ｘ 用 于 嵌 入 式 系 统 ，使 Ｌｎ ｘ 身 固 有 的 优 越 性 融 入 嵌 ｉｕ 应 ｉｕ 自 入 式 技 术 ， 嵌 入 式 技 术 发 展 的 一 个 重 要 方 向 作 为 一 种 现 代 是
第７ 第８ 卷 期
２ ０ 年 ８月 ０８
ＶＯ ． Ｏ８ １ Ｎ ． ７ Ａｕ ． ０ ｇ ２ ０８
嵌入 式Ｌｎ ｘ ｉｕ 系统 内核调整 分析
于林峰 ． 晓 平 屈
（ 江学 院 信 息科 学与 技 术 学院 ， 西 九 江 ３ ２ ０ ） 九 江 ３ ０ ５ 摘 要 ： Ｌｎ ｘ 于嵌入 式 系统 ， 充分 考 虑嵌 入 式 系统 的特 点 ， 针 对性 地 对Ｌｎ ｘ内核 加 以调 整 ， 此进 行 了系 ｉｕ 要 有 ｉｕ 对
录 下有 个 子 目录ａｍ， 面 的代 码 就 是Ｌｎ ｘ ｒ 里 ｉｕ 内核底层 在 Ａ Ｍ处 Ｒ 理 器上 的实 现 。可是 ， 为面 向嵌人 式 系统 的微 控制 器 或片 上 作 系统 ， Ｒ 中还 有 一 些 资源 和 功 能在 原 版Ｌｎ ｘ Ａ Ｍ ｉｕ 内核 中是 用 不
嵌入式系统第七讲 嵌入式Linux系统启动分析
嵌入式LINUX内核的版本控制 （2）
嵌入式Linux的版本号后面还会加一个后缀，如 “rmk4-mx1bsp0.3.6” ，该后缀往往表示针对某 个开发平台的补丁。几个常用的后缀：
– – –
–
rmk：表示由Russell King维护的ARM Linux； np：表示由Nicolas Pitre维护的基于StrongARM和 Xscale的ARM Linux； ac：表示由Alan Cox（Alan Cox是仅次于Linus的 Linux维护人员，主要负责网络部分和OSS等的维护 工作）维护的Linux代码； hh ： 表 示 由 网 站 发 布 的 ARM Linux代码，主要是基于Xscale的，它包括工具链 、内核补丁、嵌入式图形系统等。
Bootloader空间位置
在flash中的典型空间分配情况
BootLoader 的主要功能(1/2)
初始化系统在启动阶段必需的硬件设备； 准备后续软件系统（如操作系统）运行所需 的软件环境，如复制操作系统内核代码到 RAM中等。 向内核传递启动参数； [可选]配置系统各种参数；
BootLoader 的主要功能(2/2)
BootLoader的特点
BootLoader是操作系统内核运行前的核心程 序，它具有如下特点： 代码量大； 由C语言写成，大多数时候需要嵌入式汇编 语言； 运行于SDRAM等随机存储器 由于它是启动内核前运行的最后一个程序， 它必须把控制权交给内核，因此它最后是一 条跳转到系统内核的语句。
嵌入式LINUX的内核源代码结构 (1)
COPYING
– GPL版权申明。
CREDITS
– 光荣榜。对Linux做出过重大贡献的人员信息。
基于ARM9的嵌入式Linux应用开发平台的分析与实现
基于ARM9的嵌入式Linux应用开发平台的分析与实现陈斌【摘要】随着经济的迅速发展以及科学技术水平的不断提高,IT行业取得了较大程度上的进步,为我国国民经济的发展以及人民生活水平的提高做出重要贡献。
尤其是近几年来,信息技术、网络技术飞速发展,IT领域不断发展与升级,在这种环境之下,嵌入式系统成为IT领域的重要焦点之一。
目前状况下,行业内存在着诸多的嵌入式系统,而在这些嵌入式系统当中,Linux最为受到青睐,这主要是因为Linux具有自身的强大优势,主要表现在三个方面,分别是元代码开放、功能强大一级级易于移植等。
就目前市场状况而言,ARM9系列的嵌入式微处理器已经成为嵌入式系统首选的处理器产品,本文就在此基础之上针对基于ARM9的嵌入式Linux应用开发平台的分析与实现进行有益探讨。
【期刊名称】《佳木斯职业学院学报》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】2页(P1-2)【关键词】嵌入式系统 ARM9 Linux应用开发平台文件系统【作者】陈斌【作者单位】铁岭师范高等专科学校【正文语种】中文【中图分类】TP316.811.嵌入式系统模型图1显示的主要是嵌入式系统的模型结构：如果从物理层面的角度对其进行一定程度上的分析，可以将嵌入式计算系统理解成一个专用的电子系统，一般情况下，这一专用的电子系统都处于一个非电子系统环境之下，且这一系统环境具有一定的复杂性。
至于这两种系统的关系，可以对其进行一定程度的抽象化处理，即具有复杂性的非电子系统是嵌入式系统的外部环境，我们将其称为被嵌入的系统。
就一般状况而言，整个系统之中所包含的嵌入式系统为多个，同时，嵌入式系统能够与外界进行直接的通信。
对于嵌入式系统而言，它能够提供一个专门的服务给被嵌入系统，这一服务主要表现为两个方面：一方面，这一服务可以表现为对外界输入的响应；另一方面，这一服务也可以是对被嵌入系统或者与之相邻的嵌入式系统数据的响应。
就如现代机电控制系统，对于这一系统而言，它是一种分布式的系统，在这种系统环境之下，各个处理单元都是通过网络进行一定程度上的连接的。
嵌入式系统体系结构
嵌入式系统体系结构嵌入式系统体系结构：嵌入式系统的组成包含了硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层。
1、硬件层：嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。
嵌入式核心模块=微处理器+电源电路+时钟电路+存储器Cache：位于主存和嵌入式微处理器内核之间，存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。
它的主要目标是减小存储器给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈，使处理速度更快。
2、中间层(也称为硬件抽象层HAL或者板级支持包BSP).它将系统上层软件和底层硬件分离开来，使系统上层软件开发人员无需关系底层硬件的具体情况，根据BSP层提供的接口开发即可。
BSP有两个特点：硬件相关性和操作系统相关性。
设计一个完整的BSP需要完成两部分工作：A、嵌入式系统的硬件初始化和BSP功能。
片级初始化：纯硬件的初始化过程，把嵌入式微处理器从上电的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。
板级初始化：包含软硬件两部分在内的初始化过程，为随后的系统初始化和应用程序建立硬件和软件的运行环境。
系统级初始化：以软件为主的初始化过程，进行操作系统的初始化。
B、设计硬件相关的设备驱动。
3、系统软件层：由RTOS、文件系统、GUI、网络系统及通用组件模块组成。
RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。
4、应用软件：由基于实时系统开发的应用程序组成。
嵌入式芯片体系结构介绍1.嵌入式微处理器(Micro Processor Unit，MPU)嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。
它的特征是具有32位以上的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相应较高。
但与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。
和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。
目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/ StrongARM系列等。
6.1 嵌入式linux操作系统的组成与版本
台使它仍然能按其自身的方式运行的能力。
9
嵌入式Linux优势
Linux的费用低； Linux的所有部分可以充分地定制 ； Linux可以运行在低档，便宜的硬件平台； Linux的功能是强大的； Linux对源代码质量有一个高标准； Linux内核非常小，而且紧凑； Linux有很好的支持； Linux有很多合适的工具；
进程控制快 ；
独立的存储空间 ；
pid_t fork(void)函数：生成进程。
void main() { for(;;) fork(); }
Exit()：退出进程。
21
进程与线程
进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集 合上的一次运行活动,进程是系统进行资源分配和 调度的一个独立单位. 线程是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本 单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位. 线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运 行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器 和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共 享进程所拥有的全部资源. 一个线程可以创建和 撤销另一个线程;同一个进程中的多个线程之间可 以并发执行 需要注意的是：在应用程序中使用多线程不会增 加 CPU 的数据处理能力。
只要安装它们的驱动程序，任何用户都可以象使用文 件一样，操纵、使用这些设备，而不必知道它们的具 体存在形式。
丰富的网络功能
完善的内置网络是Linux的一大特点。
可靠的系统安全
Linux采取了许多安全技术措施，包括对读、写进行
权限控制、带保护的子系统、审计跟踪、核心授权等。
良好的可移植性
如何选择Linux的版本
第15章：嵌入式Linux体系结构
国家ASIC系统工程技术研究中心
嵌入式Linux的特点
嵌入式Linux的特点 – 需要交叉编译开发 – 具有更强的实时性 – 根据硬件资源限制和应用需求进行裁剪
国家ASIC系统工程技术研究中心
嵌入式Linux系统结构：Bootloader
在嵌入式Linux系统中，需要由BootLoader设置的 参数有： – 内核参数，如页面大小、根设备 – 内存映射情况 – 命令行参数 – initrd映像参数
• 起始地址，大小
– Ramdisk参数
• 解压后的大小 国家ASIC系统工程技术研究中心
嵌入式Linux系统结构：Bootloader
嵌入式Linux系统常用BootLoader： – UBoot – RedBoot – Blob
国家ASIC系统工程技术研究中心
嵌入式Linux系统结构
GNU/Linux系统构成 – 应用程序 –库 – 系统内核
国家ASIC系统工程技术研究中心
嵌入式Linux系统结构
嵌入式Linux的特点
Linux 2.6内核针对嵌入式系统的改进 – 实时性显著提高
• 允许抢占以内核态运行的任务（包括通过系统调用进入内核模 式的用户任务）。 • 更加有效的调度算法。算法复杂度为O(1)。 • 同步性的提高。
– 增加对嵌入式处理器的支持
• 增加了对无MMU系统的支持。
– 面向嵌入式应用
国家ASIC系统工程技术研究中心
第二章-Linux内核及内核编程分析课件
系统攻击者利用的漏洞。
Linux内核及编程
Linux内核编译
Linux内核的获取和更新
• linux内核版本发布的官方网站http:// 。 • 发布形式：一种是full/Source 版本，另外一种是patch文件，即补丁。 • 完整内核版本较大，一般是tar.gz或者是.bz2文件，二者分别是使用
Linux内核源代码目录结构
• arch：和硬件体系结构相关的代码，每种平台占一个相应目录。 • drivers：设备驱动程序，每个不同驱动占用一个子目录。 • fs：支持的各种文件系统，如EXT、FAT、NTFS、JFFS2。 • block：块设备驱动程序I/O调度。 • include：与系统相关的头文件放在include/linux下。 • init：内核初始化代码。 • kernel：内核最核心部分，和平台相关的一部分放在arch/*/kernel • mm:内存管理代码，和平台相关的一部分放在arch/*/mm • scripts:用于配置内核的脚本文件。 • usr：实现了用于打包和压缩的cpio等。
FORLINX_linux-2.6.36.2.tar.gz 。 • 文件解压到/usr/src/linux目录，然后稍作修改。 mv linux linux-2.6.5;
ln -s linux-2.6.5 linux。（可选）
Linux内核及编程
Linux内核编译步骤
• 通常要运行的第一个命令是： cd /usr/src/linux 。 • make mrproper :该命令确保源代码目录下没有不正确的.ko文件以及
Linux系统用户态和内核态
Linux 系统⽤户态和内核态Unix/Linux 的体系架构如上图所⽰，从宏观上来看，Linux 操作系统的体系架构分为⽤户态和内核态（或者⽤户空间和内核空间）。
内核从本质上看是⼀种软件-----控制计算机的硬件资源，并提供上层应⽤程序运⾏的环境。
⽤户态即上层应⽤程序的活动空间，应⽤程序的执⾏必须依托于内核提供的资源，包括CPU 资源、存储资源、I/O 资源等。
为了使上层应⽤能够访问到这些资源，内核必须为上层应⽤提供访问的接⼝:。
简单来说：：运⾏在内核空间的进程的状态：运⾏在⽤户空间的进程的状态系统调⽤是操作系统的最⼩功能单位，这些系统调⽤根据不同的应⽤场景可以进⾏扩展和裁剪，现在各种版本的Unix 实现都提供了不同数量的系统调⽤，如Linux 的不同版本提供了240-260个系统调⽤，FreeBSD ⼤约提供了320个。
我们可以把系统调⽤看成是⼀种不能再化简的操作（类似于原⼦操作，但是不同概念），有⼈把它⽐作⼀个汉字的⼀个“笔画”，⽽⼀个“汉字”就代表⼀个上层应⽤，我觉得这个⽐喻⾮常贴切。
⼀个汉字有很多笔画组成，因此有时候如果要实现⼀个完整的汉字就必须调⽤很多的系统调⽤。
这有时是⼀件很崩溃的事情,⽐如说这个字，你可能认识，但是有⼏个⼈会写呢？：系统调⽤的封装应⽤程序直接使⽤系统调⽤，这势必会加重程序员的负担，良好的程序设计⽅法是：重视上层的业务逻辑操作，⽽尽可能避免底层复杂的实现细节。
那么有没有优化空间呢？库函数正是为了将程序员从复杂的细节中解脱出来⽽提出的⼀种有效⽅法。
它实现对系统调⽤的封装，将简单的业务逻辑接⼝呈现给⽤户，⽅便⽤户调⽤，从这个⾓度上看，库函数就像是组成汉字的“偏旁”。
这样的⼀种组成⽅式极⼤增强了程序设计的灵活性，对于简单的操作，我们可以直接调⽤来访问资源，如“⼈”；对于复杂操作，我们借助于来实现，如“仁”。
库函数依据不同的标准也可以有不同的实现版本，如ISOC 标准库，POSIX 标准库等。
linux操作系统的基本体系结构
linux操作系统的基本体系结构一、内核（Kernel）Linux操作系统的核心是内核，它负责管理系统资源、控制硬件设备、调度进程和提供基本的系统服务。
Linux内核采用单内核结构，包含了操作系统的大部分核心功能和驱动程序。
内核是操作系统的核心组件，它提供了操作系统运行所必须的基本功能。
Linux内核具有以下特点：1、多任务处理：Linux内核支持多任务处理，可以同时运行多个程序，并实现多个程序之间的切换和管理。
2、硬件管理：Linux内核负责管理硬件设备，与硬件设备交互，控制硬件设备的工作状态。
3、内存管理：Linux内核负责管理系统的内存，包括内存的分配、释放、映射和交换等操作。
4、文件系统：Linux内核支持多种文件系统，包括ext4、NTFS、FAT等，负责文件的读写、管理和保护。
5、进程管理：Linux内核管理系统进程，包括进程的创建、调度、挂起、唤醒和终止等操作。
6、网络通信：Linux内核支持网络通信功能，包括TCP/IP协议栈、网卡驱动等，实现网络数据传输和通信。
二、ShellShell是Linux操作系统的命令解释器，用户通过Shell与操作系统进行交互。
Shell接受用户的命令，并将其转换为对应的系统调用，最终由内核执行。
Linux系统中常用的Shell有Bash、Zsh等，用户可以根据自己的喜好选择不同的Shell。
Shell具有以下功能：1、命令解释：Shell接受用户输入的命令，并将其翻译为操作系统可以执行的命令。
2、执行程序：Shell可以执行各种程序、脚本和命令，包括系统工具、应用程序等。
3、环境控制：Shell可以设置环境变量、别名和路径等，帮助用户管理系统环境。
4、文件处理：Shell可以处理文件操作，包括创建、删除、复制、移动等。
5、脚本编程：Shell支持脚本编程，用户可以编写Shell脚本来自动执行一系列操作。
三、系统工具Linux操作系统提供了丰富的系统工具，帮助用户管理系统和执行各种任务。
嵌入式Linux开发基础及实验
1.5.2 vi的进入与退出
进入vi：在shell模式下键入vi及需要编辑 的文件名即可。例如：vi example.txt 退出vi：首先按ESC键进入命令模式，然 后输入:进入末行模式，末行模式下输入 q直接退出；wq（或x）保存后退出；q! 不保存强制退出。
1.5.3 光标移动操作
vi 中的光标移动既可以在命令模式，下也可以在文本 输入模式下。 在文本输入模式下可直接使用键盘上的四个方向键移 动光标。 在命令模式下除了使用四个方向键还可以用h（左）、 l（右）、j（上）、k（下）这四个键来移动光标。 （熟练后可以达到手不离键，从而提高工作效率） 快速移动命令：0（零）光标移到行首；$光标移到行 尾；nG光标移到第n行；H光标移到屏幕上显示的第一 行；L光标移到屏幕上显示的最后一行；M光标移到屏 幕的中间一行。
1.4使用情况。 mount 挂载文件系统命令。 格式：mount [选项] 设备 目录 - a 把/etc/fstab中列出的文件系统都挂载上。 umount 卸载文件系统命令。 格式： umount [选项] 目录 -f 强制执行卸载操作，可能会造成数据丢失。 gzip文件压缩命令。 格式： gzip [选项] 压缩（解压缩）的文件名 gzip ramdisk gunzip ramdisk.gz
1.2.1 Linux的特性
1．多任务、多用户 2．支持多种文件系统 3．采用虚拟内存管理技术 4．良好的可移植性 5．设备独立性 6．丰富的网络功能 7．提供全部源代码
1.2.2 Linux的功能
1．稳定的核心 2．丰富的应用软件 3．X Window系统 4．多重启动 5．网络功能 6．软件开发工具
1.5 vi编辑器的使用
Vi是一个高级文本编辑器。它可以执行输 出、删除、查找、替换等众多文本操作 而且用户可以根据自己的需要对其进行 定制，这是其他编辑程序所没有的。 Vi有三种基本工作模式：命令行模式，文 本输入模式，末行模式。
linux系统框架介绍
linux系统框架介绍Linux系统框架介绍Linux是一种开源的操作系统，其设计基于Unix操作系统，并且具有高度的可定制性和灵活性。
Linux系统的框架是其架构的基础，它定义了系统的组织结构和各个组件之间的关系。
在本文中，我们将对Linux系统的框架进行详细介绍。
Linux系统的框架可以分为五个主要部分：内核空间、系统调用接口、标准C库、Shell和应用程序。
1. 内核空间：Linux内核是操作系统的核心部分，它提供了各种基本功能，如进程管理、内存管理、文件系统、设备驱动程序等。
内核空间是内核代码运行的环境，只能被特权进程访问。
内核空间包含了多个子系统，每个子系统负责特定的功能，通过模块化的方式组织起来，使得内核具有高度的可扩展性和可定制性。
2. 系统调用接口：系统调用是用户程序与内核之间的接口，它允许用户程序访问内核提供的功能。
Linux系统提供了大量的系统调用，包括文件操作、进程管理、网络通信等。
用户程序通过调用系统调用接口来请求内核执行特定的操作，内核在接收到请求后执行相应的功能并返回结果。
3. 标准C库：标准C库是一组函数库，提供了一些常用的函数和工具，以帮助程序员开发应用程序。
标准C库提供了对C语言标准函数的封装和扩展，使得开发者可以更方便地编写应用程序。
在Linux系统中，常用的标准C库是GNU C库（glibc），它是一个功能强大的库，包含了大量的函数和工具。
4. Shell：Shell是Linux系统的命令行解释器，它允许用户通过输入命令来与系统交互。
Shell解释器接收用户输入的命令，并将其解释为相应的系统调用或应用程序。
Linux系统中常用的Shell解释器有Bash、Csh、Ksh等。
Shell提供了丰富的命令和功能，使得用户可以通过命令行方式完成各种任务。
5. 应用程序：应用程序是用户直接使用的软件，可以是系统自带的工具，也可以是用户自己开发的程序。
Linux系统提供了大量的应用程序，包括文本编辑器、图形界面工具、网络应用等。
精品课件-基于ARM9的嵌入式Linux系统-第8章
子目录下的Makefile传递一些信息。有些变量，比如 SUBDIRS，不仅在顶层Makefile中定义并且赋初值，而且在 arch/*/Makefile还作了扩充。
第8章 嵌入式Linux内核
7
(3) Rules.make 变量。 前面讲过，Rules.make 是编译规则文件，所有的Makefile
linux2.6.14.1.tar.gz [root@localhost mxl]# pwd /mnt/hgfs/share/mxl
第8章 嵌入式Linux内核
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8.3.2 修改Makefile 修改内核目录树根下的主Makefile，指明交叉编译器。
[root@localhost linux2.6.14.1]#vi Makefile 找到ARCH和CROSS_COMPILE，修改。
第8章 嵌入式Linux内核
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图8-2 menuconfig配置界面
第8章 嵌入式Linux内核
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8.2.3 Linux内核启动原理 在Bootloader将Linux内核映像拷贝到RAM以后，可以通过
下例代码启动Linux内核： call_linux(0, machine_type, kernel_params_base)。
第8章 嵌入式Linux内核
3
8.2 Linux内核软件结构分析
8.2.1 Linux内核配置系统原理 1. 配置系统的基本结构 本节对Makefile分析方法可参看第7章vivi中Makefile的详
细分析，Linux内核的配置系统由三个部分组成，分别是： ① Makefile：分布在Linux内核源代码(包括子目录)中的
/prompt/ /symbol/ /word/
嵌入式linux进程管理机制的工作原理_概述说明
嵌入式linux进程管理机制的工作原理概述说明1. 引言1.1 概述进程管理是操作系统中的重要组成部分，它负责处理和控制系统中各个进程的创建、运行和销毁。
在嵌入式Linux系统中，进程管理机制对于实现系统资源合理利用、进程调度和协作等方面具有关键作用。
本文将介绍嵌入式Linux进程管理机制的工作原理，并从进程简介、进程创建与销毁、以及进程调度等角度进行阐述。
同时，还将概述该机制的基本原理、进程控制块（PCB）的结构与功能，以及进程调度算法的工作流程。
1.2 文章结构为了更好地描述嵌入式Linux进程管理机制的工作原理，本文分为五个主要部分。
第一部分为引言，介绍文章的目的和结构，并简要概述嵌入式Linux进程管理机制以及其重要性。
第二部分将详细介绍嵌入式Linux进程管理机制。
这包括对进程概念的简单介绍，以及如何创建、销毁和调度进程等方面知识。
第三部分将对工作原理进行概述。
具体涉及到进程管理机制的基本原理，PCB 数据结构的组成与功能，以及进程调度算法的工作流程。
第四部分将通过实例分析来加深对嵌入式Linux进程管理机制的理解。
这包括进程创建与销毁过程分析、进程调度策略比较分析，以及PCB数据结构设计优化思路的讨论。
最后一部分为结论与展望。
我们将总结本文内容并提炼出重点观点，并对嵌入式Linux进程管理机制进行未来发展展望和建议。
1.3 目的本文旨在深入了解嵌入式Linux下的进程管理机制，全面掌握其工作原理和相关概念，以及对实际应用中可能遇到的问题给出合理解决方案。
希望通过本文的阐述和讨论，读者能够更好地理解并应用嵌入式Linux进程管理机制，提高系统性能和资源利用效率。
同时，也为未来嵌入式Linux系统开发和优化提供参考和指导。
2. 嵌入式Linux进程管理机制2.1 进程简介在嵌入式系统中，进程是操作系统中最基本的执行单元。
进程代表了一个程序的执行过程，它拥有自己的代码空间、数据空间和执行状态等属性。
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嵌入式Linux的体系结构及其内核分析1 嵌入式Linux系统的体系结构1.1 嵌入式硬件1.2 嵌入式软件2 Linux操作系统内核2.1 Linux内核的组成2.2 Linux内核进程状态分析2.3 嵌入式Linux系统内核的裁减和移植1 嵌入式Linux系统的体系结构由于Linux的独特优势，使越来越多的企业和科研机构把目光转向嵌入式Linux的开发和研究上。
嵌入式Linux(Embeded Linux)是指对Linux经过小型化裁剪后，能够固化在容量只有几十万字节或几十亿字节的存储器芯片或单片机中，应用于特定嵌入式场合的专用Linux操作系统。
嵌入式系统主要分为两大部分:嵌入式硬件和嵌入式软件。
嵌入式硬件部分主要由嵌入式处理器、储存器、I/O端口和外围设备构成,嵌入式软件部分主要由嵌入式操作系统、设备驱动和嵌入式应用软件构成。
嵌入式Linux系统有两层含义,狭义的嵌入式Linux系统指的是嵌入式Linux操作系统，广义的嵌入式Linux系统指的是基于嵌入式Linux操作系统构建的嵌入式系统。
嵌入式的体系结构如图1所示:图 11.1 嵌入式硬件嵌入式系统的核心是各种类型的嵌入式处理器,嵌入式处理器与通用处理器相比,具有很高的效率和可靠性,嵌入式系统趋于小型化。
嵌入式处理器可以分为以下几类:●嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMU)。
嵌入式微处理器目前主要有ARM, Power PC, MIPS,Am 186/88,386EX, 68000等系列,嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。
将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，这样可以大幅度减小系统体积和功耗。
●嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)。
嵌入式微控制器目前主要有8051, P51XA, MCS-96/196/296, C166/167,MC68HC05/11/12/16等系列。
嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、I/O、串口、脉宽调制输出、A/D、D/A,、Flash RAM等各种必要功能和外设。
●DSP处理器(Digital Signal Processor, DSP) 。
嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是TI的TMS320系列和Motorola的DSP56000系列。
DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合十执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高，在数字滤波、FFT、频谱分析等方面得到了大量的应用。
●嵌入式片上系统(System On Chip)。
通用的SOC系列包括Infineon的TriCore, Motorola的M-Core , Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片等。
嵌入式片上系统指的是在单个芯片上集成一个完整的系统，所谓完整的系统一般包括中央处理器、存储器、以及外围电路等。
嵌入式外围设备是指在一个嵌入硬件系统中，除了中心控制部件(EMU,MCU,DSP,SOC)以外的完成存储、通讯、保护、调试、显示等辅助功能的其它部件。
根据外围设备的功能主要可分为:●存储设备类:静态易失型存储器(BAM, SEAM),动态存储器(DRAM)，非易失型存储器(ROM, EPROM, EEPROM, FLASH)。
其中，FLASH容量大，价格便宜,因而年在各领域都得到了广泛的应用。
●通信设备类:比较常用的有RS232接口(串行通信接口)、IrDA接口(红外线接口)、I2C总线接口(现场总线接口)、USB接口(通用串行总线接口)和Ethernet 接口(以太网接口) 。
●显示设备类:CRT,LCD和触摸屏等外围显示设备。
1.2 嵌入式软件一般情况下，嵌入式操作系统可以分为两类:一类是面向控制、通信等领域的实时操作系统，如VxWorks, pSOS, QNX等;另一类是面向个人数字助理(PDA)、移动电话、机顶盒等消费电子产品的非实时操作系统，如Windows CE、嵌入式Linux, Palm OS等。
嵌入式操作系统与一般操作系统相比，在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。
Linux操作系统在服务器和台式机上的应用已经有好几年了，并且在服务器操作系统市场占据了相当的市场份额I、BM、戴尔、惠普、康柏、Oracle以及其他一些知名的企业都对Linux表现出了信任的态度。
但是，桌面系统仍是Windows 的天下，在嵌入式领域,Linux却是飞速地发展用户的操作通过一组标准化的调用执行，设备驱动负责将这些调用映射到作用于实际硬件设备特有的操作上。
嵌入式应用软件和普通应用软件有一定的区别，它不仅要求其准确性、安全性和稳定性等方面能够满足实际应用的需要,还要尽可能地进行优化，以减少对系统资源的消耗，降低硬件成本。
嵌入式应用软件是针对特定应用领域，基于某一固定的硬件平台，用来达到用户预期目标的计算机软件。
近年来嵌入式应用有了很大的发展，特别是由于专用嵌入式系统的开发，一些嵌入式OS和中间支撑软件得到了应用，从而提高了嵌入式应用软件的兼容性，代码的可重用性。
2 Linux操作系统内核Linux源代码的开放为修改和更新标准Linux内核代码，开发适合于目标平台的嵌入式Linux内核以及驱动程序提供了良好的机会，但这一切都必须建立在熟悉Linux内核结构和工作原理的基础之上。
硬件无关的操作系统内核层也就是Linux内核层，该层发挥操作系统的核心功能，实现文件系统、驱动程序、网络支持等很多功能。
2.1 Linux内核的组成Linux内核按功能划分为5个部分: 内存管理、进程管理、网络接口、设备控制和文件系统。
●内存管理内存管理模块用于确保所有进程能够安全地共享机器主内存区，同时内存管理模块还支持虚拟内存，将暂时不用的内存数据块交换到外部存储设备上去，当需要时再交换回来，这样使得Linux的进程可以使用比实际内存空间更多的内存容量。
内存管理从逻辑上分为硬件无关部分和硬件相关部分。
硬件相关的部分为内存管理硬件提供了虚拟接口；硬件无关部分提供了进程的映射和逻辑内存的对换。
●进程管理进程管理模块负责创建和销毁进程，并且采用合适的调度策略对进程进行调度，控制进程对CPU的访问，使得各个进程能够公平合理的地访问CPU，同时保证内核能够及时地执行硬件操作。
除此之外，进程管理还支持进程间各种通信相制。
●网络接口网络接口提供了对各种网络标准协议的存取和各种网络硬件的支持。
网络接口可分为网络协议和网络驱动程序两部分。
网络协议部分负责实现每一种可能的网络传输协议，网络设备驱动程序负责与硬件设备进行通信，每一种可能的硬件设备都有相应的设备驱动程序。
●设备控制几乎每一个系统操作最终都会映射到物理设备上。
除了CPU、内存以及其他有限的几个对象外，所有设备控制操作都由与被控制相关的代码即驱动程序来完成。
内核通过为系统中的每个外设嵌入相应的驱动程序，来对硬盘驱动器、键盘和鼠标等设备提供支持。
●文件系统文件系统管理模块用于管理挂接在系统上的文件系统以及文件。
Linux虚拟文件系统VFS（Virtual File System）通过向所有外部存储设备提供一个通用的文件接口，隐藏了各种硬件设备的不同细节，从而提供并支持多达数十种不同的文件系统。
2.2 Linux内核进程状态分析Linux是一个多进程的系统，与Windows多线程不同，因此进程各种状态的定义十分重要，它是进程状态分析的基础。
进程各种状态的定义见下表2所示:表2 进程状态定义进程状态变化是十分复杂的，进程状态转移情况见下面的分析：（1)无到创建：一个新的进程被创建用于执行一个程序。
(2)创建到就绪：当操作系统可以执行其它进程时，它会首先将以前创建的进程转为(准备)就绪状态。
大多数操作系统都会对存在的进程数或者给它们分配的虚拟内存空的大小有某些限制，以确保系统性能不至于降低。
: (3)就绪到运行：当轮到某个处于(准备)就绪状态的进程运行时，操作系统会将其状态转换为运行态。
究竟哪个进程被选择运行，需要依据一定的控制算法。
(4)运行到退出：当某个进程已经完成自身的任务或者因为某种原因终止了的话，操作系统会将其状态从运行状态转换为退出状态。
(5)运行到就绪：事实上在现代操作系统中，尤其是在单处理器系统中，系统并非是在一直执行某个进程，而是往往分配给每个进程一个处理器时间片，在这个时间片里，进程完全占有处理器。
这样，在大多数情况下，一个处十运行状态的进程往往是因为操作系统分配给自己的时间片己经耗尽，需要从运行状态退出，一般的处理方法是按照超时处理将其状态转换为(准备)就绪状态。
(6)运行到阻塞：当一个正在运行中的进程需要某个事件发生后才能继续运行时，操作系统将其状态从运行状态转换为阻塞状态。
这样操作系统可以运行其它进程。
（7）阻塞到就绪：当某个处于阻塞状态的进程被告知它所等待事件已经发生之后，其状态就会被操作系统从阻塞状态转换为(准备)就绪状态，以便其下次继续运行。
其Linux状态转移图3如下：图3 Linux状态转移图2.3 嵌入式Linux系统内核的裁减和移植Linux内核的代码是高度模块化的，内核的许多功能和成分都可以通过条件编译加以取舍和裁剪，有些成分还可以独立编译成可以动态安装的“可安装模块”。
经修改过和扩充的各种嵌入式Linux保留了这个特点，所以从同一个修补版，还可以再根据具体的需要裁剪、编译出许多不同的可执行映像。
标准Linux 内核功能十分强大，但对于针对特定应用并且资源受限的嵌入式系统来说过于庞大，因此，需要将标准Linux内核根据目标平台的情况进行裁减和移植，使其成为适合目标平台的嵌入式Linux内核。
Linux内核当前支持三种配置方式：基于命令行的问答式。
此配置方式通过make config命令启动，针对每一个内核配置选项会有一个提问，用户可以根据需求来给出答案，Y代表在内核中包含此项内核特性，m代表此项内核特性作为模块编译(编译但不链入到内核镜像中)，n代表不对该特性提供支持。
基于字符的菜单式。
此配置方式通过make menuconfig命令启动，用户可以通过一个字符配置菜单对内核进行配置。
基于图形的菜单式。
此配置方式通过make menuconfig命令启动，操作方式与第二种方式相似，界面更加友好，但需要X windows系统的支持。
课题采用的是第二种内核配置方式,根据硬件设备的具体情况进行的关键配置有：对系统类型(System Type)的配置时，选中ARM920T-base选项和S3C2410-base选项;对存储设备(Memory Technology Devices)配置时，选择支持MTD驱动以及NAND FLASH驱动;对文件系统(File System)配置时，选中对CRAMFS文件系统的支持。