基于μClinux的嵌入式應用程序的開(kāi)發(fā)

嵌入式系統范同非常廣泛，從簡(jiǎn)單的單片機系統到主頻高達幾百兆的使用操作系統的非計算機系統，都可以稱(chēng)為嵌入式系統。隨著(zhù)各行業(yè)電子系統應用要求的提高，嵌入式系統也越來(lái)越復雜，硬件要求速度快、集成度高、外部接口多，軟件則要求功能豐富、模塊化、易于擴展。ARM能夠很好滿(mǎn)足復雜嵌入式系統的要求，因此ARM芯片成為當前嵌入式應用最重要的硬件平臺。嵌入式硬件平臺性能的提高，使嵌入式操作系統的使用成為必然。

1 嵌入式系統與μClinux

基于A(yíng)RM的嵌入式系統是當前最典型的嵌入式系統。嵌入式系統框圖如圖1所示。系統的硬件主要部件是ARM7系列的S3C44B0X處理器。當系統中需要使用各種各樣的外圍設備時(shí)，開(kāi)發(fā)的難度相當大，使用操作系統可以提高升發(fā)的效率。因此，嵌入式操作系統是嵌入式系統極為重要的組成部分。它具有通用操作系統的基小特點(diǎn)，而又增加了實(shí)時(shí)高效性、硬件依賴(lài)性、應用專(zhuān)一性等新特點(diǎn)。常見(jiàn)的嵌入式操作系統有：VxWorks、uC／OS-II、Windows CE、μClinux等。μClinux操作系統是一種性能優(yōu)良、源碼公開(kāi)且被廣泛應用的免費嵌入式操作系統，因此很多無(wú)MMU單元的嵌入式系統都使用μClinux作為操作系統。

 
μClinux是針對控制領(lǐng)域的嵌入式Linux操作系統，它從Linux 2.0／2.4內核派生而來(lái)，而又針對沒(méi)有MMU的處理器進(jìn)行設計，因此有著(zhù)特別小的內核和用戶(hù)軟件空間，而且所有程序訪(fǎng)問(wèn)的地址都是實(shí)際的物理地址。操作系統對內存空間沒(méi)有保護，各個(gè)進(jìn)程實(shí)際上共享一個(gè)運行空間。

2 μClinux的移植

μClinux是依賴(lài)于硬件系統的，與PC上運行的Linux系統有較大的區別。因此在A(yíng)RM系統中使用μClinux時(shí)，需要對內核進(jìn)行裁剪，再添加一些需要的驅動(dòng)程序，才能在不同的嵌入式碰件系統中運行。μClinux操作系統一般都是先在安裝Linux的計算機上編譯調試，然后再下載到目標系統板上運行，這一過(guò)程就是μClinux的移植。

2.1 Bootloader的設計

Bootloader就是在操作系統內核運行之前運行的一段程序。嵌入式系統的Bootloader程序燒錄在系統地址的0x0處，即每次上電后先運行Bootloader，完成硬件系統的初始化、建立內存空間的映射圖和μClinux的引導工作。完整的Bootloader引導流程描述如圖2所示。

由上圖可以看出，Bootloader的主要任務(wù)對時(shí)鐘、中斷、I／O等芯片資源進(jìn)行初始化，為μClinux的運行做好準備。

2.2 μClinux移植的方法

2.2.1 建立交叉編譯環(huán)境

首先從網(wǎng)上下載GNU開(kāi)發(fā)軟件包arm-elf-tools-20030312.sh，然后到源碼目錄下執行sh arm-elf-tools-20030312.sh，這樣在PC上建立了ARM體系結構的編譯器、連接器、調試器，可以用來(lái)編譯OS內核，制作文件系統等。

2.2.2 在Windows下安裝ADS工具

ADS是ARM公司推出的新一代ARM集成開(kāi)發(fā)工具。在硬件開(kāi)發(fā)板完成后，可用ADS各硬件模塊進(jìn)行測試。

 
2.2.3 編譯μClinux

把代碼解壓縮到工作目錄下，運行tar xjvfμClinux-dist-51EDA.tar.bz2， 它會(huì )把全部的文件解壓縮到home／μClinux-dist的目錄下。然后進(jìn)入目錄運行menuconfig，對μClinux進(jìn)行配置，訂制自己的系統。

注意對于編譯uClinux，不能簡(jiǎn)單地通過(guò)make來(lái)實(shí)現。為了編譯最后得到的鏡像文件，我們需要linux的內核以及romfs。對于我們的S3C44B0X的移植來(lái)說(shuō)，romfs是被編譯到內核里面去的。因此，在編譯內核前需要一個(gè)romfs。為了得到romfs的image，我們又需要編譯用戶(hù)的應用程序。而為了編譯用戶(hù)的應用程序，我們又需要編譯C運行庫，這里我們用的C運行庫是uClibc。根據上面的分析，我們使用以下步驟編譯μClinux。

(1) make dep：建立文件之間的依賴(lài)關(guān)系，make會(huì )根據這個(gè)依賴(lài)關(guān)系來(lái)確定哪些義件需要重新編譯、哪些文件可以跳過(guò)。

(2) make lib only：編譯uClibc。

(3) make user only：編譯用戶(hù)的應用程序，包括初始化進(jìn)程init，和用戶(hù)交互的bash。

(4) make romfs：它會(huì )在μClinux的目錄下生成一個(gè)romfs目錄并且把user目錄下的文件、以及vendors目錄下特定系統所需要的文件組織起來(lái)，以便下面生成romfs的單個(gè)鏡像所用。

(5) make image：是生成romfs的鏡像文件和生成Linux的鏡像。

(6) make linux：用上面make image生成的romfs.o文件編譯Linux內核。

(7) make image：執行了這一步之后，就會(huì )在images目錄下找到3個(gè)文件：image.ram，image.rom，romfs.img。其中，image.ram和image.rom就是我們需要的鏡像文件。

2.2.4 加載μClinux內核

μClinux內核可以加載到Flash運行，也可以加載到RAM中運行。image.ram是直接下載到RAM執行的文件，加載到SDRAM后，修改PC指針寄存器的值指向image.ram的下載地址就可以執行。對于image.rom，它是一個(gè)zlmage文件，也就是自解壓的內核。由于它使用了gzip將內核壓縮過(guò)，所以可以減小文件的大小。這個(gè)image應該燒寫(xiě)到FLASH，向不能直接下載到RAM并執行。

3 μClinux應用程序的開(kāi)發(fā)

要開(kāi)發(fā)基于μClinux的應用程序，首先需要在PC上建立交叉編譯環(huán)境，編寫(xiě)、調試應用程序，測試通過(guò)后，再重新編譯μClinux內核映像，下載到目標板運行測試。具體步驟如下(在PC的Linux環(huán)境下進(jìn)行)。

(1) 在μClinux的user目錄下創(chuàng )建新目錄user／sample，用來(lái)存放應用程序源代碼。編寫(xiě)應用程序"MyApp.c"文件。

(2) 編輯文件user／Makefile，在Makefile文件中按照字母順序增加以下內容：dir_$(CONFIG_USER_SAMPLE_MYAPP)+=sample。

(3) 編輯文件config／Configure.help，增加下行：CONFIG USER SAMPLE MYAPP

注意：第2行以2個(gè)空格開(kāi)頭，總長(cháng)度小于70個(gè)字符。

(4) 編輯文件config／config.in，在'Games'后添加新的部分：

 

(5) 在user／sample目錄下創(chuàng )建應用程序的Makefile文件。
 
 
(6) 重新編譯生成image.rom。注意在運行makeconfig或make menuconfig時(shí)選擇生成的應用程序"MyApp"。Makefile文件中修改如下：
(7) 重新運行編譯μClinux內核的步驟，把生成的image.ram或image.rom文件燒寫(xiě)到目標板，然后運行μClinux，操作系統啟動(dòng)后，運行應用程序MyApp，測試應用程序的功能實(shí)現。

使用μClinux開(kāi)發(fā)嵌入式應用程序，可以提高嵌入式系統開(kāi)發(fā)的效率，而且易于擴展和移植，是嵌入式研發(fā)人員很好的選擇。