coLinux在構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境中的應用

1 引言
 GNU項目為嵌入式開發(fā)提供了優(yōu)秀的交叉開發(fā)工具鏈，雖然這些工具鏈也移植到了 Windows系統(tǒng)中，但是為了在 Windows系統(tǒng)中使用，通常還需要另外一個模擬的 Linux環(huán)境——Cygwin，效率是一個新的問題。另外， Cygwin環(huán)境也不是一個真正的 Linux環(huán)境，相比于真正的 Linux環(huán)境來說， Cygwin仍顯不足。從根本上來講， GNU工具鏈是基于 Linux操作系統(tǒng)環(huán)境而開發(fā)的。
在眾多的開源項目中，與嵌入式相關(guān)的開發(fā)項目大多數(shù)仍然需要基于 Linux系統(tǒng)進行編譯和鏈接。雖然在 Cygwin中通過復雜的設置也有可能滿足相關(guān)開發(fā)需要，但是對于開發(fā)人員來說，優(yōu)先的選擇仍然是使用 Linux。用慣了 Windows的程序員通常會在系統(tǒng)中安裝一個龐大的 Linux虛擬機，或者直接安裝兩個操作系統(tǒng)。程序員必須忍受虛擬機的運行效率低下的重大缺點，或者為了切換操作系統(tǒng)而反復地重新啟動安裝了雙操作系統(tǒng)的計算機。如果需要在 Linux與 Windows之間進行文件傳遞，還需要做一些額外的工作。
然而 coLinux的出現(xiàn)，改變了這一切。
2 coLinux簡介
coLinux也是一個源代碼開放的軟件，全名為 Cooperative Linux（協(xié)作 Linux）。coLinux是第一個能在 Win32平臺上高效地以原生（native）方式運行 Linux的軟件， Linux在 coLinux中的運行效率極高，遠遠超過虛擬機的運行效率（為了模擬一條匯編指令，通常虛擬機要使用一段 C語言代碼來完成）。 coLinux目前發(fā)展到了 0.73版本，在其官方網(wǎng)站 http://www.colinux.net上提供了最新版本的源代碼和二進制代碼的下載地址。
coLinux有很高的運行效率，并且僅需要很少的系統(tǒng)資源。 coLinux中的 Linux在本質(zhì)上是直接在 PC機硬件中運行的，而不是在虛擬機上。coLinux不像虛擬機那樣一次就從系統(tǒng)中劃去一大塊內(nèi)存，而是根據(jù)實際需要讓宿主機系統(tǒng)動態(tài)為其分配內(nèi)存。
coLinux創(chuàng)建的是一個“真正的” Linux操作系統(tǒng)。相比之下， CygWin提供的是一個模擬的 Linux環(huán)境。Linux程序若不重新構(gòu)建，就無法在 Cygwin中直接運行。
coLinux可以通過 cofs驅(qū)動使宿主機（ Windows XP）與 Linux進行文件夾共享。通過簡單的設置后，就可以把 Windows系統(tǒng)中的一個文件夾與 coLinux中的 Linux系統(tǒng)進行共享。在 Windows操作該文件夾中文件的時候，Linux也可以對其進行操作。
coLinux具有高可移植性的特點。在一個 Windows主機上建立一個 coLinux發(fā)行版，并在根文件系統(tǒng)中安裝一套定制的應用程序。然后，可以將根文件系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個主機上，并重新啟動。這樣就有了一個可移動的開發(fā)平臺，壓縮后的根文件系統(tǒng)完全可以放在一個標準的 USB盤中。
3 coLinux的工作原理
coLinux在 Windows操作系統(tǒng)中作為一個進程執(zhí)行?？梢哉J為 coLinux是 Linux操作系統(tǒng)與 Windows操作系統(tǒng)之間的一個接口。兩種操作系統(tǒng)通過將處理器（CPU）的控制權(quán)轉(zhuǎn)讓給彼此從而達到協(xié)作（Cooperative）的目的。它們通過使用內(nèi)核驅(qū)動程序共享網(wǎng)絡接口、串口等物理資源。

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coLinux是一個修改過的 Linux 內(nèi)核，它可以與另一個操作系統(tǒng)協(xié)作運行。宿主機（host）操作系統(tǒng)控制本機的硬件資源，而訪客（guest）操作系統(tǒng)只得到本機硬件的虛擬抽象。主機操作系統(tǒng)提供了以特權(quán)級別（ring 0）執(zhí)行驅(qū)動程序的方法，并提供了分配內(nèi)存的方法。
 

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 Linux 內(nèi)核所需的其他特性（比如網(wǎng)絡連接、串口或視頻訪問）通過外部代理來實現(xiàn)，
比如 coLinux 可以通過 TUNTAP驅(qū)動程序訪問外部網(wǎng)絡，通過代理訪問顯示器（ X Window System）等。
coLinux的安裝及配置
coLinux的安裝非常容易，包括幾個簡單的步驟。安裝過程中 coLinux提示可以從網(wǎng)上下載 ArchLinux、Debian 4.0、Fedora 7、Gentoo Deluxe、Ubuntu 7.1等幾個 Linux文件系統(tǒng)映像的壓縮包。點擊相應的“ *Notes”可以打開對應的說明文字與下載的網(wǎng)頁。下面筆者以 Fedora9的文件系統(tǒng)映像壓縮包為例來介紹 coLinux中 Linux的安裝和配置。
從網(wǎng)上下載的 Fedora9文件系統(tǒng)映像壓縮包中包含 5個文件，這些文件對于主機操作系統(tǒng)（Windows）來說都是一些普通的文件，但是對于 coLinux來說其中某些文件（Fedora-9.img、 swap.img）卻是可讀寫的 ext3 / swap類型的 Linux文件系統(tǒng)。
Fedora-9.img是一個 4G大小的 Fedora9文件系統(tǒng)映像，內(nèi)含了 Fedora9系統(tǒng)中必需的所有文件，并預先配置了 slirp的網(wǎng)絡，gdm登陸的 Xvnc以及支持聲音的 ESD等功能。使用 Fedora9時無需對宿主機的網(wǎng)絡功能方面做任何配置，就可以通過宿主機的 API來控制當前的網(wǎng)絡適配器（網(wǎng)卡）來收發(fā) TCP/UDP數(shù)據(jù)包。由于 Slirp不能收發(fā) ICMP信息，ping和 traceroute等命令無法工作，但是其他網(wǎng)絡功能絲毫不會受到影響。從外部訪問 Linux，需要進行端口重定向，在 coLinux配置文件中可以進行簡單設置。另外 coLinux也為 Linux之間提供了 tuntap與 pcap-bridge的通訊模式，具體信息可以參考 colinux自帶的幫助文檔。
swap.img：這是一個 512M的交換分區(qū)的映像。
start-Fedora-9.bat：啟動 Fedora9+coLinux的批處理文件（需要根據(jù)情況進行修改） ,里面是一個啟動 coLinux的命令，命令后面添加了相關(guān)的配置參數(shù)。
start-Fedora-9.sh：啟動 Fedora9+coLinux的腳本文件（需要根據(jù)情況進行修改，于 Cygwin環(huán)境的 Bash下運行）。
README-Fedora-9.txt：本映像的說明文件。
將下載的文件解壓釋放出來，編輯文件 start-Fedora-9.bat，根據(jù)“ Fedora-9.img”和 “swap.img”在宿主機（Windows系統(tǒng)）中的真實位置，對 cobd0、cobd1進行適當?shù)男薷模ㄗ⒁猓菏褂谩?”進行目錄層次分隔）即可。修改完成后，將其保存在 coLinux軟件的安裝位置，如 “C:Program FilescoLinux”，雙擊即可啟動 coLinux。Fedora9 Linux開始運行后， Linux啟動信息被發(fā)送到一個新打開的 FLTK控制臺中。如果 cobd0、cobd1的配置信息無誤，則能夠順利啟動。
5構(gòu)造擁有 Window和 Linux雙重優(yōu)點的嵌入式開發(fā)環(huán)境
與 Cygwin相似， coLinux允許在 Windows操作系統(tǒng)上開發(fā)和執(zhí)行 Linux應用程序。但是基于 coLinux的 Linux系統(tǒng)可以用 apt-get/yum等應用程序管理軟件安裝、更新或刪除應用程序，從而達到對 Linux操作系統(tǒng)進行維護的目的。[!--empirenews.page--]
與 Cygwin不同的是，在 coLinux上執(zhí)行的 Linux應用程序不需要重新構(gòu)建。從這個角度來講，在 coLinux中與 Windows 操作系統(tǒng)協(xié)作的不是一個模擬的環(huán)境，而是一個真正的 Linux操作系統(tǒng)。
Fedora9啟動后，呈現(xiàn)出一個 FLTK控制臺，可以在里面對 Fedora9進行基本的操作。為了搭建一個嵌入式開發(fā)環(huán)境，還需要安裝部分軟件，如 gcc工具鏈等。由于 Fedora9已經(jīng)配置了 slirp網(wǎng)絡功能，這些軟件可以直接通過網(wǎng)絡進行安裝。輸入簡單的 “yum install gcc”按照提示就可以順利完成 gcc工具鏈的安裝。其他所缺的軟件可以按照同樣的方法進行安裝。如果網(wǎng)絡上無法找到您必須的某些東西，也可以通過源代碼重建來得到。
Fedora 9通過 cofs驅(qū)動與宿主機（ Windows XP）進行文件共享。 cofs類似于 UML主機
文件系統(tǒng)，用于將宿主機 VFS（虛擬文件系統(tǒng)）和 Linux的 VFS進行綁定。這樣就可以將宿主機中的文件夾 mount（掛載）到 Linux的文件系統(tǒng)中，如此一來，宿主機和 Linux可以同時對該文件夾中的內(nèi)容進行讀寫操作，方便了 Windows與 Linux之間的文件交換。
文件共享的配置如下：在啟動 coLinux的配置參數(shù)中添加如下內(nèi)容：
cofs0=”D:/test/”
重新啟動 coLinux后，在控制臺中執(zhí)行如下命令，就會將 Windows中的“D:test”文件夾掛載到 Fedora系統(tǒng)中的 /mnt文件夾下。
mount -t cofs cofs0 -o uid=dax,gid=dax /mnt
如此以來 Windows XP和 Fedora都可以完全訪問該文件夾中的內(nèi)容，詳細參數(shù)可參考 coLinux自帶的幫助文件 cofs.txt。Linux系統(tǒng)中所需要用到的軟件，可以用 Windows中的軟件下載，保存到“ D:test”文件夾中，然后在 Linux系統(tǒng)中直接進行安裝。也可把需要使用 Linux環(huán)境進行編譯的代碼放到“ D:test”文件夾下，可在 Windows系統(tǒng)中用熟悉的編輯工具編輯源代碼，而在 Linux系統(tǒng)中編譯，編譯的結(jié)果可以使用 Windows下的工具進行下載調(diào)試等。
6 總結(jié)
本文介紹了一種可以在 Windows系統(tǒng)中以原生方式運行 Linux的軟件—— coLinux。通過分析 coLinux的運行機制，闡述了基于 coLinux的 Linux系統(tǒng)的優(yōu)點，并對基于 coLinux的 Fedora 9的基本配置方法進行了介紹，為熟悉 Windows平臺開發(fā)的人員提供了一個更好的使用 Linux的方法，在實踐中有一定的指導意義。
創(chuàng)新點：使用 coLinux在 Windows環(huán)境中創(chuàng)建一個運行高效、配置簡單、真正的 Linux嵌入式開發(fā)環(huán)境，不但避免了開發(fā)人員安裝 Windows+Linux雙系統(tǒng)后頻繁重新啟動計算機切換操作系統(tǒng)的不便，而且比 Windows系統(tǒng)中運行 Linux虛擬機有更高的運行效率以及更少的主機資源需求，最重要的是可以讓開發(fā)人員同時利用 Linux與 Windows的優(yōu)點，簡化了開發(fā)環(huán)境的同時也提高了開發(fā)效率，這在實踐中有很好的實用價值。