拿起手術(shù)刀 深入剖解路由器的“心臟”技術(shù)

關(guān)于GNU和公共許可證協(xié)議的詳細資料，讀者可以參看GNU網(wǎng)站的介紹，http://www，gnu.oTgfhDmc.html。GNU開(kāi)發(fā)套件作為通用的Linux開(kāi)放套件，包括一系列的開(kāi)發(fā)調試工具。GNU開(kāi)發(fā)工具都是采用命令行的方式，用戶(hù)掌握起來(lái)相對比較困難，不如基于Windows系統的開(kāi)發(fā)工具好用，但是GNU工具的復雜性是由于它更貼近編譯器和操作系統的底層，并提供了更大的靈活性。一旦學(xué)習和掌握了相關(guān)工具后，就了解了系統設計的基礎知識。運行于Linux操作系統下的自由軟件GNU gcc編譯器，不僅可以編譯Llnux操作系統下運行的應用程序，還可以編譯Linux內核本身，甚至可以作交叉編譯，編譯運行于其它CPU上的程序。所以，在進(jìn)行嵌入式系統應用程序開(kāi)發(fā)時(shí)，這些工具得到了日益廣泛的應用。

⑵uCIinux的打印終端

通常情況下，uClinux的默認終端是串口，內核在啟動(dòng)時(shí)所有的信息都打印到串口終端(使用printk函數打印)，同時(shí)也可以通過(guò)串口終端與系統交互。uClinux在啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)了telnetd(遠程登錄服務(wù))，操作者可以遠程登錄上系統，從而控制系統的運行。至于是否允許遠程登錄可以通過(guò)燒寫(xiě)romfs文件系統時(shí)由用戶(hù)決定是否啟動(dòng)遠程登錄服務(wù)。

⑶交叉編譯調試工具

支持一種新的處理器，必須具備一些編譯，匯編工具，使用這些工具可以形成可運行于這種處理器的二進(jìn)制文件。對于內核使用的編譯工具同應用程序使用的有所不同。

路由器軟件系統的設計過(guò)程

uClinux 操作系統提供了嵌入式Web服務(wù)器、PPPOE拔號軟件、基于IPTable過(guò)濾防火墻等功能模塊的源代碼。路由器軟件系統的設計包括uClinux操作系統的裁剪、基于uClinux操作系統提供的以上功能模塊源代碼下的修改和設計，從而實(shí)現本路由器的嵌入式Web服務(wù)器、PPPOE拔號軟件、基于IPTable過(guò)濾防火墻。

1、uClinux操作系統裁剪

⑴裁剪前準備

uclinux的裁剪牽涉到對目標的硬件支持問(wèn)題。要讓uClinux支持一個(gè)新硬件體系，要做的第一件事情就是收集和構建代碼的工具。然后就可以裁減和編譯內核。一旦內核支持基本的處理器功能，它就可以運作了，但是如果缺乏驅動(dòng)程序的支持，就起不了多大作用。典型的驅動(dòng)程序集合中包括了諸如控制臺終端、基本串行設備和一個(gè)可能包含了根文件系統的塊設備的驅動(dòng)等。

在這里主要介紹針對我們剛才介紹的實(shí)例系統采用的uClinux裁剪方法。本實(shí)例中的宿主機上裝redhat9操作系統，因為redhat9具備安裝uClinux交叉編譯工具時(shí)所需要的庫。

首先必須在redhat9下建立uclinux開(kāi)發(fā)環(huán)境，建立uclinux開(kāi)發(fā)環(huán)境的方法有很多，而且也十分方便?？梢詮膆ttp://www.uClinux.org處下載最新的uClinux的源代碼、最新的gcc3的工具鏈，不過(guò)針對于不同的工具鏈在不同的操作系統下，以及目標板的MCU的不一樣，可能在編譯內核時(shí)會(huì )產(chǎn)生錯誤，在這里，我講解實(shí)例所使用的不是最新版本的。同樣的，針對不同的硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境要對uClinux源代碼進(jìn)行不同的適當修改，修改部分通常是以代碼補丁形式實(shí)現的，一般網(wǎng)絡(luò )上會(huì )有各種通用模式的補丁提供使用。好了，切入正題，有了齊全的軟件包后，安裝過(guò)程如下:

(1) 下載內核和工具包

內核包 : uClinux-disc-200408.tar.gz

補丁文件:uClinux-disc-200408.patch

uclinux的源代碼和文件系統的源代碼，軟件包后的數字代表完成的日期。

工具鏈 : arm-elf-gcc-200403.sh

(2) 安裝工具包

sh arm -elf-gcc-200403.sh

(3) 解壓縮內核

tar -xzvfuClinux-dist-200408.tar.gz，生成uClinux-disk目錄。

(4)安裝補丁:

將補丁文件復制到uClinux-disk目錄下，進(jìn)入該目錄，在Shell命令中使用如下命令:

patch -pl-f

⑵內核的編譯和生成

執行以下命令可以進(jìn)行uClinux編譯：

make xconfig。具體的編譯選項配置過(guò)程本文不做詳細介紹。但在此給出編譯的一些基本思想：

ucLinux作為一個(gè)自由軟件，在廣大愛(ài)好者的支持下，內核版本不斷更新。新的內核修訂了舊內核的bug，并增加了許多新的特性。如果用戶(hù)想要使用這些新特性，或想根據自己的系統度身定制一個(gè)更高效，更穩定的內核，就需要重新編譯內核。

為了正確的合理地設置內核編譯配置選項，從而只編譯系統需要的功能的代碼，一般主要有下面四個(gè)考慮:

自己定制編譯的內核運行更快(具有更少的代碼)。

系統將擁有更多的內存(內核部分將不會(huì )被交換到虛擬內存中)。

不需要的功能編譯進(jìn)入內核可能會(huì )增加被系統攻擊者利用的漏洞。

將某種功能編譯為模塊方式會(huì )比編譯到內核內的方式速度要慢一些。

在此需要補充說(shuō)明的是內核編譯的目的是為了創(chuàng )建一個(gè)能夠放置在flash上支持flash讀取的完成要求功能的內核，同時(shí)也是flash讀取步驟其中一步。對uCLinux的內核進(jìn)行配置和創(chuàng )建要對uCLinux內核的版本進(jìn)行選擇:uCLinux內核的版本號有三種:主號、次號、修訂號。以2.4.10為例一般來(lái)說(shuō)，主號如目前的2是很穩定的。主號的變動(dòng)說(shuō)明了操作系統發(fā)生了很大的變動(dòng)。次號如目前的.4，用來(lái)說(shuō)明內核的穩定性。當次號為偶數號((0，2， 4， 6) 時(shí)，表明現在的內核的穩定性強，而當次號為奇數號(1，3， 5) 時(shí)，表明現在的內核處于測試的階段，其穩定性值得考慮，如果你使用次號為奇數號的內核進(jìn)行配置和創(chuàng )建時(shí)、就值得三思而行了。而修訂號的發(fā)表比較的頻繁，它主要是用來(lái)對前面的版本進(jìn)行修補。開(kāi)發(fā)新的版本和修改以前的版本是同時(shí)進(jìn)行的，很有可能修改的修訂版本在新的版本出來(lái)之后。

依次執行以下命令完成uClinux的編譯過(guò)程：

cd/usr/local/src/uclinux=dist

make dep

make clean

make lib_only

make user_only

make romfs

make image

最終在image目錄下生成2個(gè)文件：

zImage——uClinux內核2.4.x的壓縮方式可執行映象文件;

romfs——文件系統的映象文件。

這就是我們要用來(lái)燒錄到硬件板內的最終文件了。具體燒寫(xiě)可以通過(guò)使用專(zhuān)用的燒寫(xiě)工具來(lái)實(shí)現，燒寫(xiě)過(guò)程一定要參照燒寫(xiě)工具的說(shuō)明要求來(lái)進(jìn)行。