1、嵌入式Linux系統設計與開發祖校鋒主要內容嵌入式系統與嵌入式Linux嵌入式Linux開發平臺1.1 嵌入式系統嵌入式計算機系統的定義：以運用為中心，以計算機技術為根底，軟件硬件可裁剪，復合運用系統對功能、可靠性、本錢、體積、功耗的嚴厲要求的公用計算機系統。嵌入式系統與嵌入式Linux 嵌入式系統分類 按表現方式分硬件范疇 芯片級嵌入含程序或算法的處置器 模塊級嵌入系統中的某個中心模塊 系統級嵌入 按實時性要求分軟件范疇 非實時系統PDA 軟實時系統消費類產品 硬實時系統 制導系統等 1.1.1嵌入式系統的運用前景 美國著名未來學家尼葛洛龐帝1999年1月訪華時預言： 45年后，嵌入式智能產

2、品將是繼PC和因特網之后最偉大的發明。 美國汽車大王福特公司的高級經理也曾聲稱： 福特出賣的“計算才干曾經超越了IBM。1997年美國嵌入式系統大會的報告預測： 未來5年基于嵌入式計算機系統的全數字電視產品，就將在美國產生一個每年1500億美圓的新市場。1.1.2 嵌入式產品分類 信息電器，包括電視機、電冰箱、微波爐、等等。 挪動計算設備，包括手機、PDA、掌上電腦等各種挪動設備。 網絡設備，包括路由器、交換機、Web server、網絡接入盒卡等各種網絡設備。 工控、仿真等1.1.3 嵌入式系統的特點嵌入式系統的產品特征它是 面向用戶產品和運用的系統；完成目的功能的最小系統；處置器功耗、體積

3、、本錢、可靠性、速度、處置才干、電磁兼容性等方面都受運用制約的系統；高可靠性和高實時性的系統；與詳細產品嚴密結合的系統。 嵌入式系統軟件的特征軟件要求固化存儲；軟件代碼高質量和高可靠性；系統軟件OS很多情況情況下要求具有實時處置才干；多義務虛時操作系統是工業規范化的必然要求。嵌入式系統開發需求的開發工具和環境 普通是基于通用計算機的軟硬件設備、各種邏輯分析儀和混合信號示波器等。 嵌入式系統軟件需求EOS開發平臺 嵌入式系統中，運用軟件可以沒有操作系統而直接在芯片上運轉。 但是，目前嵌入式運用已不僅僅局限于原來僅面對系統級的需求，還需求面對用戶級的運用，尤其是消費電子產品的需求。傳統的運用循環控

4、制的嵌入式系統無法將系統軟件和和運用軟件分開處置，每次開發都要重新定制系統軟件和運用軟件，代價大，本錢高，已不能滿足需求。 為了合理調度多義務，充分利用系統資源系統函數及專家函數接口，減少開發代價，必需選用短小精悍、易定制、易移植的嵌入式操作系統開發平臺，從而保證系統執行的實時性和可靠性，并大大減少開發時間。1.2 嵌入式操作系統 嵌入式操作系統大多任務在實時性要求很高的環境中，這樣的操作系統稱為實時多義務操作系統RTOS。 實時多義務操作系統RTOS定義： 一個可以在指定或者確定的時間內，完成系統功能和對外部或內部、同步或異步事件作出呼應的系統。 硬件(hardware) 硬件籠統層(Har

5、dware Abstraction Layer)I/O管理，文件系統，驅動程序 驅 動 程 序 編 程 接 口 RTOS中心系統API內存管理模塊網絡模塊圖形驅動函數庫 RTOS體系構造圖常用RTOS簡介 VRTX Microtec Research 世界上第一個商業嵌入式實時內核，市場占有率前五名。TornadoVxworks (Wind River Systems，inc.) 美國市場占有率第一名，火星探測器采用該操作系統。 QNX(QNX Software Systems LTD) x86上最好的嵌入式實時操作系統，同時支持PowerPC，ARM，MIPS等處置器芯片。LynxOS(Ly

6、nx Real-Time systems) 老牌嵌入式實時操作系統,市場占有率前十名。 WinCE(Microsoft INC.) 微軟出品，嵌入但不夠實時，屬于軟實時系統。upSOSytem(Integrated Systems INC.)u 老資歷的實時操作系統，中國市場占有率第一名。u 嵌入式LINUX完全免費的操作系統u 既有軟實時系統又有硬實時系統。 1.3 嵌入式Linux操作系統Linux操作系統 正式的Linux 1.0于1994年3月誕生于芬蘭赫爾辛基大學的天才大學生Linus手中。如今，Linux已成為當前最流行的免費操作系統。只需遵守GPLGNU通用公共答應證，任何人都可

7、以自在運用Linux的源程序。 Linux操作系統的特征 符合國際通用規范； 強大的兼容性； 先進的網絡特征； 擁有真正的多用戶、多義務才干； 具有動態銜接才干； 系統性能非常穩定； 可移植性強，非常靈敏。 Linux操作系統的開展情況及前景 Linux操作系統開展至今,曾經成為具有全部UNIX特性的POSIX兼容的操作系統，可以與各種傳統的商業操作系統分庭抗禮。 據1999年IOS統計，Linux占有全球Web效力器總數的28，名列第一。 據2000年IDC統計，Linux在效力器操作系統市場中占25。1.3.1嵌入式Linux系統簡介嵌入式Linux系統的特點開放源碼，豐富的軟件資源；功能

8、強大的內核，性能高效、穩定、多義務；支持多種體系構造；完善的網絡通訊、圖形和文件管理機制；支持大量的周邊硬件設備，驅動豐富；大小功能都可定制，可裁剪的內核不過500k。 常見嵌入式Linux操作系統 RTLinux 美國新墨西哥理工學院開發的嵌入式硬實時操作系統。它將規范Linux中心作為其實時內核的一個進程同實時進程一同調度，從而在改動最小的情況校充分利用了Linux下現有的資源。 ucLinux ucLinux是針對微控制領域而設計的Linux系統，其最大特征就是沒有MMU內存管理單元模塊。ucLinux包含Linux常用的API和小于512k的內核及相關的工具，900k左右。 Embed

9、ix 嵌入式Linux行業主要廠商Lineo推出，最小需求8M內存，3M ROM或者FLASH，提供了超越25種的Linux系統效力，是一種較完好的嵌入式Linux處理方案。uXLinuxu 美國網虎公司推出，主要開發者陳盈豪，中心僅143k，而且還在不斷減小中，號稱世界上最小的嵌入式Linux系統。其中心采用了“超字元集的專利技術，與規范字符集兼容的同時還覆蓋了12個國家和地域的字符集，在國際化方面具有得天獨厚的優勢。uKURTLinuxu 該OS是為多媒體運用和ATM網絡運用設計的“嚴厲的實時系統。 Why嵌入式Linux 2000年9月份的調查如以下圖所示。截至2001年7月，曾經運用或

10、將要運用嵌入式Linux的用戶已達88.6%。 未來24個月嵌入式嵌入式操作系統運用的調查200 ucLinux簡介ucLinx的優勢 ucLinux是Linux2.0的一個分支，其最大特征就是沒有MMU內存管理單元模塊。 全球每年消費的CPU的數量在二十億顆左右，超越80%運用于公用性很強的各類嵌入式系統。其中又有相當一部分面向低端市場。為降低硬件本錢及運轉功耗，有一類CPU在設計中取消了內存管理單元Memory Management Unit，簡稱MMU功能模塊。如Motorola公司的M6K系列，龍珠系列，冷火系列，ARM7TDMI系列等等。 ucLinux的特點如前所述

11、，ucLinux的最大特征就是沒有MMU。 規范Linux運用虛擬存儲系統，這種技術用于提供比實踐的物理內存大得多的內存空間，使得運用者在編寫程序程序時可以完全不思索內存空間的大小問題，從而帶來了極大的方便。與此同時，內存管理活動也占用了珍貴的CPU時間比較忙的系統中大約10左右。 ucLinux取消了MMU，直接存取內存，雖然增大了進程管理的難度，對程序員提出了更高的要求，但同時也極大地添加了開發者的權益。畢竟，節省硬件的本錢才是最重要的。再者，對于低端產品來講，只需實現特定的功能，內存管理要求完全可由開發人員思索。lucLinux的進程管理l fork()，vfork()，exec()，e

12、xit()，copy-on-writel ucLinux承繼了規范Linux的特性，提供了對網絡的強大支持，具有完好的TCP/IP協議棧，并對外其他一些協議提供支持，是一個相當優秀的嵌入式網絡操作系統。l ucLinux支持多種文件系統，包括最常用的NFS網絡文件系統，ext2第二文件擴展系統，Linux的一種規范文件系統，romfs文件系統，MS-DOS，FAT1632等。嵌入式Linux開發平臺硬將平臺的組成 嵌入式處置器，分為嵌入式微控制器MCU，嵌入式微處置器MPU，嵌入式DSP和SoCSystem on Chip； 存儲設備，分為ROM和RAM兩類； 外圍設備，包括網絡設備，輸入設備

13、和顯示設備。 2.1 硬件平臺2.1.1 S3C4510B芯片簡介 S3C4510B是三星公司出品的一塊用在基于以太網系統的高性價、比高性能的7TDMI構架的16/32位RISC微控制器。 S3C4510B框圖S3C4510B的特性如下：體系構造用于嵌入式以太網運用的集成系統；全1632位RISC構造；支持小端大端方式；ARM7TDMI內核；高性價比且基于JTAG的調試處理方案；邊境掃描。系統管理81632位外部總線支持各種存儲芯片和外部I/O；帶總線懇求應打引腳的外部總線主控制器；可編程訪問周期07個等待周期；4字深的寫緩沖；存儲器到外圍的DMA接口。u一體的指令數據Cacheu2路相聯一體

14、；u支持LRU近期最少運用交換算法；u可配置。uI2C串行口u僅主控方式任務。uEthernet控制器u突發方式的DMA引擎；u10010Mgongzuosulv;uDMA發送接納緩沖區256256K；uMAC發送接納FIFO緩沖區8010字節；u完全兼容IEEE802.3;u帶PAUSE的全雙工方式；u長短包方式；u端變換。uHDLCu10M任務速率；uModem接口；u每個HDLC有2通道DMA緩沖描畫符用于發送接納。uDMA控制器u4種數據突發方式；uUARTu基于DMA或者中斷任務的2個UART模塊；u支持5，6，7或者8位的串行數據接納發送；u可編程波特率；u支持紅外發送接納。u定時

15、器u2個可編程32位定時器；u間隔觸發方式任務。u可編程I/O口u18個；u輸入輸出公用信號方式；u中斷控制器u21個中斷源4個外部；u正常快中斷方式(IRQ/FIQ)；u基于優先級。uPLLu外部時鐘可由片內PLL加倍以提供高頻系統時鐘；u1040MHz；u輸出頻率位5倍輸入時鐘。三星NETStart！開發套件簡介 該開發套件是三星公司為嵌入式網絡運用量身訂做的一塊評價板，運用三星公司出品的網絡控制芯片S3C4510B。2.1.2 NET-Start！評價板評價板規劃評價板框圖 硬件平臺銜接圖2.2 軟件系統嵌入式系統的軟件組成 Bootloader，分為主機端和目的端兩個部分，主要作用包括

16、：初始化處置器；初始化必備的設備；下載系統映象；初始化操作系統系統并預備執行。 嵌入式系統內核，必需部件包括進程管理，進程間通訊，內存管理部分。 根文件系統，有ramdisk和NFS兩種實現方式，而文件系統的類型那么可分為：普通文件系統，包括只讀文件系統romfs，緊縮式文件系統cramfs等；日志文件系統先寫日志后寫數據，例如日志式FLASH文件系統JFFS和JFFS2，ext3文件系統等等。ucLinux宿主機軟件環境的建立 安裝cygwin或Linux，引薦安裝Linux操作系統，引薦Red Hat Linux； 下載一個未編譯的Linux內核和一個ucLinux補丁uclinux.or

17、g及三個最新的文件fs/binflat.c，include/linux/flat.h，lib/intflate2.c，將內核解壓后打上補丁再編譯即可。 運用GCC工具創建交叉編譯工具，建立工具鏈toolchain。工具鏈分為兩種：生成位置位置無關代碼的和生成用戶程序的。概略可參看。 創建coff2flt和elf2flt，flat binary文件格式。 創建C函數庫。 編譯genromfs程序，用以創建romfs文件系統鏡像和用戶程序。 宿主機軟件環境的建立完成。ucLinux目的板軟件環境的建立 將引導代碼bootloader燒入FLASH,該代碼相當于BIOS，或者Linux的引導程序GR

18、UB，用于初始化硬件環境，在找到操作系統后將控制權轉出。這段代碼可以在網上下載得到，我們只需稍作修正即可。 重新編譯BusyBox和GUIMiniGUI或者Microwindows已移植到ucLinux中。 配置IP地址并對ineted和經過ineted啟動的telnetd和httpd進展編譯銜接和配置。 將鏡像文件image.bin實踐上是內核文件linux.bin和文件系統romdisk.bin的合并經過minicom配合bootloader下載到FLASH中。 配置gdb和stun并重新編譯uc-libc。 安裝NFS網絡文件系統。 目的機軟件環境建立終了。建立開發環境所需的幾種開發調試工具minicom minicom是一個友好易用的串口通訊程序，用來監視控制串行口的信息 。串口的各種參數都可以自在配置。它具有以下特性： 自動重撥號的撥號目錄；對串行設備UUCP格式的lock文件的支持；獨立的腳本；言語解釋器；文件捕獲；多用戶單獨配置。 uGCC編譯器和GDB調試工具u GCC編譯器是一種非常強大的支持多達11種操作系統平臺的的C/C+、Object C編譯器，集預處置、編譯、翻譯和u 銜接四個過程于一身，可辨識的文件類型包括.c、.C、.cc、.cxx、.m、.i、.ii、.s、.S、.h等等，其最大的特點就是執