uClinux操作系统移植 -------------------------------------------------------------------------------- 来源：BIPLIP.com 作者：沈沙 （复旦大学电子工程系沈沙，欢迎转载，转载时请保留此行作者信息） l uClinux简介 l 硬件体系结构简介 l 编译环境和编译工具。 l uClinux启动过程 l 系统源码的修改 1. uClinux简介 uClinux这个英文单词中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"针对微控制领域而设计的Linux系统"。 uclinux是一个源码开放的操作系统，面向没有MMU（Memory Management Unit）的硬件平台。它是linux的一个变种，主要的区别在于两者的内存管理机制和进程调度管理机制，同时为了适应嵌入式应用的需求，它的采用了romfs文件系统，并对linux上的c语言库glibc做了简化。 2. 硬件体系结构简介 运行uClinux的硬件平台主要包括如下几个部分：cpu(ARMv4指令集兼容)、uart、memory controller、定时器、flash存储器，sdram存储器，中断控制器和DMA。 3. 编译环境和编译工具 uclinux操作系统源码绝大部分是用c语言开发的，有一些与硬件直接相关的代码则用特定于某一CPU体系结构的汇编来实现。这些源码只能用GNU的gcc编译工具来进行编译、链接。 GNU gcc可以运行于Linux/Unix操作系统上。如果要在Windows平台上运行gcc，则必须安装Cygwin。Cygwin可以在Windows中安装一个linux的运行环境，这样就可以在windows下运行原本只能在linux下运行的程序。 为了在PC上编译得到运行于目标CPU上的操作系统内核，还必须安装一个合适的交叉编译器。Gcc 提供了现成的针对MIPS、ARM、M68K、Sharc、PowerPC的交叉编译器。如果没有现成的交叉编译器，则需要自行设计。GNU网站提供了一些如何开发新的交叉编译器的文章。开发一个新的编译器，一般需要如下几个步骤： (1)、编写机器描述脚本。采用gcc的RTL(Register Tansfer Language)语言描述针对某一CPU体系结构的机器指令与寻址方式、CPU浮点处理方式、endianess、c语言中各种数据类型的位宽、寄存器的个数和使用规则、堆栈和函数调用规则等体系结构的细节。 (2)、设计代码生成器。Gcc在对c语言源文件进行了词法和语法分析后，将产生一种中间格式文件(intermediate representation)。为了把这种中间格式文件转化为针对具体CPU体系结构的机器码，需要自行设计一个代码生成器。 (3)、设计汇编器 (4)、设计链接器 4. uClinux启动过程 uClinux系统的启动可以分为两个步骤： (1). 运行bootloader初始化程序 SRAM、SDRAM等存储设备属于挥发性的存储器，掉电以后其中的内容就会全部丢失，所以必须把操作系统的内核镜像存放在Flash等不挥发性存储介质上。但是操作系统在运行时，需要动态的创建一些如数据段、堆栈、页表（针对使用虚拟地址的操作系统）等内容，所以需要在RAM中运行操作系统。因此，就需要一个引导程序把操作系统的内核镜像从Flash存储器拷贝到RAM中，然后再从RAM中执行操作系统的内核。Bootloader就是可以完成这样一种功能的程序。 从本质上来讲，bootloader不属于操作系统内核。它采用汇编语言编写，因此针对不同的cpu体系结构，这一部分代码不具有可移植性。在移植操作系统时，这部分代码必须加以改写。 具体来讲，bootloader在系统启动时主要完成以下几项工作： · 将操作系统内核从flash拷贝到sdram中，如果是压缩格式的内核，还要将之解压缩。 · 改写系统的memory map，原先flash起始地址映射为0地址，这时需要将RAM的起始地址映射为0。 · 设置堆栈指针并将bss段清零。将来执行c语言程序和调用子函数时要用到。 · 改变pc值，使得cpu开始执行真正的操作系统内核。 (2) 运行操作系统内核 bootloader程序执行完上述的各项工作后，通过一条跳转指令，转而执行ini目录下c语言源文件main.c中的函数start_kernel()。因为在此之前bootloader已经创建好一个初始化环境， c函数可以开始执行了。整个操作系统内核的初始化工作从这里才算是真正开始。这个函数的长度比较短，代码如下： ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// asmlinkage void __init start_kernel(void) { char * command_line; unsigned long mempages; extern char saved_command_line[]; /* * Interrupts are still disabled. Do necessary setups, then * enable them */ lock_kernel(); printk(linux_banner); setup_arch(&command_line); printk("Kernel command line: %sn", saved_command_line); parse_options(command_line); trap_init(); init_IRQ(); sched_init(); softirq_init(); time_init(); /* * HACK ALERT! This is early. We're enabling the console before * we've done PCI setups etc, and console_init() must be aware of * this. But we do want output early, in case something goes wrong. */ console_init(); #ifdef CONFIG_MODULES init_modules(); #endif if (prof