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嵌入式开发学习:uClinux操作系统移植

2013-11-21 15:15
来源: 赛迪网

  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。

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