coLinux在構(gòu)建嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境中的應(yīng)用

1 引言
 GNU項(xiàng)目為嵌入式開(kāi)發(fā)提供了優(yōu)秀的交叉開(kāi)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(gè)模擬的 Linux環(huán)境——Cygwin，效率是一個(gè)新的問(wèn)題。另外， Cygwin環(huán)境也不是一個(gè)真正的 Linux環(huán)境，相比于真正的 Linux環(huán)境來(lái)說(shuō)， Cygwin仍顯不足。從根本上來(lái)講， GNU工具鏈?zhǔn)腔?Linux操作系統(tǒng)環(huán)境而開(kāi)發(fā)的。
在眾多的開(kāi)源項(xiàng)目中，與嵌入式相關(guān)的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目大多數(shù)仍然需要基于 Linux系統(tǒng)進(jìn)行編譯和鏈接。雖然在 Cygwin中通過(guò)復(fù)雜的設(shè)置也有可能滿足相關(guān)開(kāi)發(fā)需要，但是對(duì)于開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，優(yōu)先的選擇仍然是使用 Linux。用慣了 Windows的程序員通常會(huì)在系統(tǒng)中安裝一個(gè)龐大的 Linux虛擬機(jī)，或者直接安裝兩個(gè)操作系統(tǒng)。程序員必須忍受虛擬機(jī)的運(yùn)行效率低下的重大缺點(diǎn)，或者為了切換操作系統(tǒng)而反復(fù)地重新啟動(dòng)安裝了雙操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。如果需要在 Linux與 Windows之間進(jìn)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(jiǎn)介
coLinux也是一個(gè)源代碼開(kāi)放的軟件，全名為 Cooperative Linux（協(xié)作 Linux）。coLinux是第一個(gè)能在 Win32平臺(tái)上高效地以原生（native）方式運(yùn)行 Linux的軟件， Linux在 coLinux中的運(yùn)行效率極高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)虛擬機(jī)的運(yùn)行效率（為了模擬一條匯編指令，通常虛擬機(jī)要使用一段 C語(yǔ)言代碼來(lái)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(jìn)制代碼的下載地址。
coLinux有很高的運(yùn)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(jī)硬件中運(yùn)行的，而不是在虛擬機(jī)上。coLinux不像虛擬機(jī)那樣一次就從系統(tǒng)中劃去一大塊內(nèi)存，而是根據(jù)實(shí)際需要讓宿主機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)為其分配內(nèi)存。
coLinux創(chuàng)建的是一個(gè)“真正的” Linux操作系統(tǒng)。相比之下， CygWin提供的是一個(gè)模擬的 Linux環(huán)境。Linux程序若不重新構(gòu)建，就無(wú)法在 Cygwin中直接運(yùn)行。
coLinux可以通過(guò) cofs驅(qū)動(dòng)使宿主機(jī)（ Windows XP）與 Linux進(jìn)行文件夾共享。通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)置后，就可以把 Windows系統(tǒng)中的一個(gè)文件夾與 coLinux中的 Linux系統(tǒng)進(jìn)行共享。在 Windows操作該文件夾中文件的時(shí)候，Linux也可以對(duì)其進(jìn)行操作。
coLinux具有高可移植性的特點(diǎn)。在一個(gè) Windows主機(jī)上建立一個(gè) coLinux發(fā)行版，并在根文件系統(tǒng)中安裝一套定制的應(yīng)用程序。然后，可以將根文件系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)主機(jī)上，并重新啟動(dòng)。這樣就有了一個(gè)可移動(dòng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，壓縮后的根文件系統(tǒng)完全可以放在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 USB盤(pán)中。
3 coLinux的工作原理
coLinux在 Windows操作系統(tǒng)中作為一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行?？梢哉J(rèn)為 coLinux是 Linux操作系統(tǒng)與 Windows操作系統(tǒng)之間的一個(gè)接口。兩種操作系統(tǒng)通過(guò)將處理器（CPU）的控制權(quán)轉(zhuǎn)讓給彼此從而達(dá)到協(xié)作（Cooperative）的目的。它們通過(guò)使用內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序共享網(wǎng)絡(luò)接口、串口等物理資源。

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coLinux是一個(gè)修改過(guò)的 Linux 內(nèi)核，它可以與另一個(gè)操作系統(tǒng)協(xié)作運(yùn)行。宿主機(jī)（host）操作系統(tǒng)控制本機(jī)的硬件資源，而訪客（guest）操作系統(tǒng)只得到本機(jī)硬件的虛擬抽象。主機(jī)操作系統(tǒng)提供了以特權(quán)級(jí)別（ring 0）執(zhí)行驅(qū)動(dòng)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(luò)連接、串口或視頻訪問(wèn)）通過(guò)外部代理來(lái)實(shí)現(xiàn)，
比如 coLinux 可以通過(guò) TUNTAP驅(qū)動(dòng)程序訪問(wèn)外部網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)代理訪問(wèn)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(gè)簡(jiǎn)單的步驟。安裝過(guò)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(gè) Linux文件系統(tǒng)映像的壓縮包。點(diǎn)擊相應(yīng)的“ *Notes”可以打開(kāi)對(duì)應(yīng)的說(shuō)明文字與下載的網(wǎng)頁(yè)。下面筆者以 Fedora9的文件系統(tǒng)映像壓縮包為例來(lái)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(gè)文件，這些文件對(duì)于主機(jī)操作系統(tǒng)（Windows）來(lái)說(shuō)都是一些普通的文件，但是對(duì)于 coLinux來(lái)說(shuō)其中某些文件（Fedora-9.img、 swap.img）卻是可讀寫(xiě)的 ext3 / swap類(lèi)型的 Linux文件系統(tǒng)。
Fedora-9.img是一個(gè) 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(yù)先配置了 slirp的網(wǎng)絡(luò)，gdm登陸的 Xvnc以及支持聲音的 ESD等功能。使用 Fedora9時(shí)無(wú)需對(duì)宿主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)功能方面做任何配置，就可以通過(guò)宿主機(jī)的 API來(lái)控制當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)適配器（網(wǎng)卡）來(lái)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(wú)法工作，但是其他網(wǎng)絡(luò)功能絲毫不會(huì)受到影響。從外部訪問(wèn) Linux，需要進(jìn)行端口重定向，在 coLinux配置文件中可以進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)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(gè) 512M的交換分區(qū)的映像。
start-Fedora-9.bat：?jiǎn)?dòng) Fedora9+coLinux的批處理文件（需要根據(jù)情況進(jìn)行修改） ,里面是一個(gè)啟動(dòng) coLinux的命令，命令后面添加了相關(guān)的配置參數(shù)。
start-Fedora-9.sh：?jiǎn)?dòng) Fedora9+coLinux的腳本文件（需要根據(jù)情況進(jìn)行修改，于 Cygwin環(huán)境的 Bash下運(yùn)行）。
README-Fedora-9.txt：本映像的說(shuō)明文件。
將下載的文件解壓釋放出來(lái)，編輯文件 start-Fedora-9.bat，根據(jù)“ Fedora-9.img”和 “swap.img”在宿主機(jī)（Windows系統(tǒng)）中的真實(shí)位置，對(duì) cobd0、cobd1進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷模ㄗ⒁猓菏褂谩?”進(jìn)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(dòng) coLinux。Fedora9 Linux開(kāi)始運(yùn)行后， Linux啟動(dòng)信息被發(fā)送到一個(gè)新打開(kāi)的 FLTK控制臺(tái)中。如果 cobd0、cobd1的配置信息無(wú)誤，則能夠順利啟動(dòng)。
5構(gòu)造擁有 Window和 Linux雙重優(yōu)點(diǎn)的嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境
與 Cygwin相似， coLinux允許在 Windows操作系統(tǒng)上開(kāi)發(fā)和執(zhí)行 Linux應(yīng)用程序。但是基于 coLinux的 Linux系統(tǒng)可以用 apt-get/yum等應(yīng)用程序管理軟件安裝、更新或刪除應(yīng)用程序，從而達(dá)到對(duì) Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)的目的。[!--empirenews.page--]
與 Cygwin不同的是，在 coLinux上執(zhí)行的 Linux應(yīng)用程序不需要重新構(gòu)建。從這個(gè)角度來(lái)講，在 coLinux中與 Windows 操作系統(tǒng)協(xié)作的不是一個(gè)模擬的環(huán)境，而是一個(gè)真正的 Linux操作系統(tǒng)。
Fedora9啟動(dòng)后，呈現(xiàn)出一個(gè) FLTK控制臺(tái)，可以在里面對(duì) Fedora9進(jìn)行基本的操作。為了搭建一個(gè)嵌入式開(kāi)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(luò)功能，這些軟件可以直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安裝。輸入簡(jiǎn)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(jìn)行安裝。如果網(wǎng)絡(luò)上無(wú)法找到您必須的某些東西，也可以通過(guò)源代碼重建來(lái)得到。
Fedora 9通過(guò) cofs驅(qū)動(dòng)與宿主機(jī)（ Windows XP）進(jìn)行文件共享。 cofs類(lèi)似于 UML主機(jī)
文件系統(tǒng)，用于將宿主機(jī) VFS（虛擬文件系統(tǒng)）和 Linux的 VFS進(jìn)行綁定。這樣就可以將宿主機(jī)中的文件夾 mount（掛載）到 Linux的文件系統(tǒng)中，如此一來(lái)，宿主機(jī)和 Linux可以同時(shí)對(duì)該文件夾中的內(nèi)容進(jìn)行讀寫(xiě)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(dòng) coLinux的配置參數(shù)中添加如下內(nèi)容：
cofs0=”D:/test/”
重新啟動(dòng) coLinux后，在控制臺(tái)中執(zhí)行如下命令，就會(huì)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(lái) Windows XP和 Fedora都可以完全訪問(wèn)該文件夾中的內(nèi)容，詳細(xì)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(jìn)行安裝。也可把需要使用 Linux環(huán)境進(jìn)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(jìn)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(yùn)行 Linux的軟件—— coLinux。通過(guò)分析 coLinux的運(yùn)行機(jī)制，闡述了基于 coLinux的 Linux系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)基于 coLinux的 Fedora 9的基本配置方法進(jìn)行了介紹，為熟悉 Windows平臺(tái)開(kāi)發(fā)的人員提供了一個(gè)更好的使用 Linux的方法，在實(shí)踐中有一定的指導(dǎo)意義。
創(chuàng)新點(diǎn)：使用 coLinux在 Windows環(huán)境中創(chuàng)建一個(gè)運(yùn)行高效、配置簡(jiǎn)單、真正的 Linux嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境，不但避免了開(kāi)發(fā)人員安裝 Windows+Linux雙系統(tǒng)后頻繁重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)切換操作系統(tǒng)的不便，而且比 Windows系統(tǒng)中運(yùn)行 Linux虛擬機(jī)有更高的運(yùn)行效率以及更少的主機(jī)資源需求，最重要的是可以讓開(kāi)發(fā)人員同時(shí)利用 Linux與 Windows的優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)環(huán)境的同時(shí)也提高了開(kāi)發(fā)效率，這在實(shí)踐中有很好的實(shí)用價(jià)值。