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发信人: he (无情的雨), 信区: Embedded_system
标  题: 构造嵌入式Linux
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年06月10日10:11:53 星期天), 站内信件

构造嵌入式Linux
（作者：黄敦　2001年03月15日 10:22）

　　Linux自身具备一整套工具链，容易自行建立嵌入式系统的开发环境和交
叉运行环境，并且可以跨越嵌入式系统开发中的仿真工具（ICE）的障碍。内
核的完全开放使人们可以自己设计和开发出真正的硬实时系统，软实时系统
在Linux中也容易得到实现。强大的网络支持使得可以利用Linux的网络协议
栈将其开发成为嵌入式的TCP/IP网络协议栈。
　　Linux提供了完成嵌入功能的基本内核和所需要的所有用户界面，它是多
面的。它能处理嵌入式任务和用户界面。
　　一个小型的嵌入式Linux系统只需要下面三个基本元素：
　　* 引导工具
　　* 引导工具
　　* Linux微内核，由内存管理、进程管理和事务处理构成
　　* 初始化进程
　　如果要让它能干点什么且继续保持小型化，还得加上：
　　* 硬件驱动程序
　　* 提供所需功能的一个或更多应用程序。
　　再增加功能，或许需要这些：
　　* 一个文件系统（也许在ROM或RAM）中
　　* TCP/IP网络堆栈
　　下面我们就从精简内核、系统启动、驱动程序将、X-Window换成MicroW
indows四个步骤介绍嵌入式Linux的实际开发。

　　精简内核
　　构造内核的常用命令包括：make config、dep、clean、mrproper、zIm
age、bzImage、modules、modules_install。命令说明略。
　　现在举个例子说明一下：
　　我使用的是 Mandrake内附的 2.2.15。我没有修改任何一行程序码，完
全只靠修改组态档得到这些数据。
　　首先，使用 make config 把所有可以拿掉的选项都拿得。
　　不要 floppy；不要SMP、MTRR；不要 Networking、SCSI；把所有的 bl
ock device 移除，只留下 old IDE device；把所有的 character device
移除；把所有的 filesystem 移除，只留下 minix；不要 sound 支援。相信
我，我己经把所有的选项都移除了。这样做之后，我得到了一个 188K 的核
心。
　　还不够小吗? OK，再加上一招，请把下列两个档案中的 -O3,-O2 用 -O
s 取代。
　　./Makefile
　　./arch/i386/kernel/
　　Makefile
　　这样一来，整个核心变小了 9K，成为 179K。
　　不过这个核心恐怕很难发挥 Linux 的功能，因此我决定把网络加回去。
把General中的 network support 加回去，重新编译，核心变成 189 K。10
K就加上个 TCP/IP stack，似乎是很上算的生意。
　　有stack没有driver也是枉然，所以我把 embedded board常用的RTL813
9的driver加回去，195K。
　　如果你需要 DOS 档案系统，那大小成为 213K。如果 minix 用 ext2 换
代，则大小成长至 222K。
　　Linux所需的内存大约在600K～800K之间。1MB内存就可能可以开机了，
但不太有用，因为连载入C程序库都有困难。2MB内存应该就可以做点事了，
但要到 4MB以上才可以执行一个比较完整的系统。
　　因为Linux 的filesystem 相当大，大约在 230K 左右，占了 1/3 的体
积。内存管理占了80K，和核心其它部分的总和差不多。TCP/IP stack 占了
65K，驱动程序占了120K。SysV IPC占了 21K，必要的话可以拿掉，核心档应
该可以再小个10K左右。
　　如果要裁剪核心大小，应该动那里呢? 答案很明显，当然是文件系统。
　　如果要裁剪核心大小，应该动那里呢? 答案很明显，当然是文件系统。
Linux 的 VFS简化了档案系统的设计，buffer cache, directory cache增加
了系统的效率。但这些embedded系统根本就用处不大。如果可以把它们拿掉
，核心可以马上缩小 20K 左右。如果跳过整个 VFS，直接将文件系统写成一
个 driver 的型式，应该可以将 230K缩减至50K左右。整个核心缩到100K左
右。

　　系统启动
　　系统的启动顺序及相关文件仍在核心源码目录下，看以下几个文件：
　　./arch/$ARCH/boot/
　　bootsect.s
　　./arch/$ARCH/boot/setup.s
　　./init/main.c
　　bootsect.S 及 setup.S
　　这个程序是Linux kernel的第一个程序，包括了Linux自己的bootstrap
程序，但是在说明这个程序前，必须先说明一般IBM PC开机时的动作(此处的
开机是指“打开PC的电源”)。
　　一般PC在电源一开时，是由内存中地址FFFF:0000开始执行(这个地址一
定在ROM BIOS中，ROM BIOS一般是在FEOOOh到FFFFFh中)，而此处的内容则是
一个jump指令，jump到另一个位于ROM BIOS中的位置，开始执行一系列的动
作。
　　紧接着系统测试码之后，控制权会转移给ROM中的启动程序(ROM bootst
rap routine)。这个程序会将磁盘上的第零轨第零扇区读入内存中，至于读
到内存的哪里呢? --绝对位置07C0:0000(即07C00h处)，这是IBM系列PC的特
性。而位于Linux开机磁盘的boot sector上的，正是Linux的bootsect程序。

　　把大家所熟知的MS DOS 与Linux的开机部分做个粗浅的比较。MS DOS 由
位于磁盘上boot sector的boot程序负责把IO.SYS载入内存中，而IO.SYS则负
有把DOS的kernel --MSDOS.SYS载入内存的重任。而Linux则是由位于boot s
ector 的bootsect程序负责把setup及Linux的kernel载入内存中，再将控制
权交给setup。

　　驱动程序
　　在Linux系统里，设备驱动程序所提供的这组入口点由一个结构来向系统
进行说明。
　　设备驱动程序所提供的入口点，在设备驱动程序初始化的时候向系统进
行登记，以便系统在适当的时候调用。Linux系统里，通过调用register_ch
rdev 向系统注册字符型设备驱动程序。
　　在Linux里，除了直接修改系统核心的源代码，把设备驱动程序加进核心
里以外，还可以把设备驱动程序作为可加载的模块，由系统管理员动态地加
载它，使之成为核心的一部分。也可以由系统管理员把已加载的模块动态地
卸载下来。Linux中，模块可以用C语言编写，用gcc编译成目标文件（不进行
链接，作为*.o文件存在）。为此需要在gcc命令行里加上-c的参数。在成功
地向系统注册了设备驱动程序后（调用register_chrdev成功后），就可以用
mknod命令来把设备映射为一个特别文件。其它程序使用这个设备的时候，只
mknod命令来把设备映射为一个特别文件。其它程序使用这个设备的时候，只
要对此特别文件进行操作就行了。

　　将X-Window换成MicroWindows
　　MicroWindows是使用分层结构的设计方法。允许改变不同的层来适应实
际的应用。在最底一层，提供了屏幕、鼠标/触摸屏和键盘的驱动，使程序能
访问实际的硬件设备和其它用户定制设备。在中间一层，有一个轻巧的图形
引擎，提供了绘制线条、区域填充、绘制多边形、裁剪和使用颜色模式的方
法。在最上一层，提供了不同的API给图形应用程序使用。这些API可以提供
或不提供桌面和窗口外形。目前，MicroWindows支持Windows Win32/WinCE
GDI和Nano-X API。这些API提供了Win32和X窗口系统的紧密兼容性，使得别
的应用程序可以很容易就能移植到MicroWindows上。

　『挝角度胧较低�
  　嵌入式系统� 定义为：以应用为� 心、以计算机技术为基础、软件硬件
可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用
计算机系统。
  　嵌入式系� 是面向用户、面向产品、面向应用的，如果独立于应用自行
发展，则会失去市场。嵌入式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、
处理能力、电磁兼容性等方面均受到应用要求的制约，这些也是各个半导体
厂商之间竞争的热点。嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关
键。软件要求固化存储，软件代码要求高质量、高可靠性，系统软件(OS)的
高实时性是基本要求。
　　在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天
、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。

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