ARM設(shè)計(jì)的uClinux及其應(yīng)用

摘要：本文討論了基于ARM的嵌入式操作系統(tǒng)uClinux及其應(yīng)用開發(fā)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。在32位ARM核的微處理器S3C4510B的硬件平臺上結(jié)合嵌入式實(shí)時操作uClinux． 完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)uClinux的編譯、移植，最后實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序的添加。

關(guān)鍵詞：ARM；實(shí)時操作系統(tǒng)uClinux；S3C4510B；ARM7TDMI

1 嵌入式操作系統(tǒng)uClinux及其應(yīng)用開發(fā)

    嵌入式軟件平臺由以下部分組成：系統(tǒng)引導(dǎo)程序、嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核、文件系統(tǒng)。系統(tǒng)引導(dǎo)程序通常也稱為BootLoad—er ，代碼量雖少，但是作用非常大，相當(dāng)于PC上的BOIS，負(fù)責(zé)將操作系統(tǒng)內(nèi)核固化到Flash中和系統(tǒng)初始化工作．然后將系統(tǒng)控制權(quán)交給操作系統(tǒng)。文件系統(tǒng)是嵌入式軟件平臺占用存儲量最大的一部分，也是與用戶開發(fā)最相關(guān)的一部分，它存儲了系統(tǒng)配置文件、系統(tǒng)程序、用戶應(yīng)用程序和必需的驅(qū)動程序。

1．1 BootLoader程序

    系統(tǒng)引導(dǎo)程序BootLoader是嵌入式系統(tǒng)加電后執(zhí)行的第一個程序，一般應(yīng)寫入Flash存儲器中并從起始物理地址0x0開始。在應(yīng)用實(shí)際中BootLoader的功能主要有：① 將uCLinux內(nèi)核和文件系統(tǒng)燒寫到目標(biāo)板中；②系統(tǒng)初始化；③系統(tǒng)的內(nèi)存映射；④加載uClinux內(nèi)核

1．2 嵌入式操作系統(tǒng)uCiinux

    uClinux就是Micro—Control—Linux，是針對控制領(lǐng)域的嵌入式linux操作系統(tǒng)，它是從Linux 2．0／2．4內(nèi)核派生而來，沿襲了主流Linux的絕大部分特性，適合不具備內(nèi)存管理單元(MMU)的微處理器／微控制器(例如ARM7TDMI)，它也是一個完全符合GNU／GPL公約的操作系統(tǒng)，完全開放代碼。和主流的Linux相比，uClinux有以下特點(diǎn)：① 簡化了內(nèi)核加載方式，uClinux的內(nèi)核可以在Flash上直接運(yùn)行；② 采用romfs文件系統(tǒng)作為root文件系統(tǒng)，相對于一般的ext2使用更少的存儲空間；③ 使用了Flat可執(zhí)行文件格式替代elf格式；④ 使用應(yīng)用程序庫uClibc替代libc。

1．3 uClinux的編譯與移植

I-3．1 uClinux系統(tǒng)針對硬件的改動

    目前．uClinux已被成功移植到多款微處理器芯片上．但由于嵌入式操作系統(tǒng)的運(yùn)行是與嵌入式系統(tǒng)的硬件密切相關(guān)的．而硬件的設(shè)計(jì)則會因?yàn)槭褂脠龊系牟煌Р钊f別，因此，在uClinux內(nèi)核源代碼中和硬件緊密相關(guān)的部分就應(yīng)該針對特定的硬件作出適當(dāng)?shù)男薷摹?/p>

    本文中所涉及的對uClinux操作系統(tǒng)源代碼的裁剪修改主要有以下幾個地方：

uClinux內(nèi)核源代碼中對S3C4510B片內(nèi)特殊功能寄存器以及其他相關(guān)硬件信息的定義文件hardware．h首先要定義系統(tǒng)工作的主時鐘頻率，本系統(tǒng)的為50MHz。

／********************************／

define$3C4510b CPU master clock

／********************************／

#define MHz l0o0000

#define fMCLK_ MHz (50 MHz)

#define fMCLK (fMCLK_MHz／MHz)

#define MCLK2 (fMCLK_MHz／21

    此外對系統(tǒng)SYSCFG寄存器也進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)置。如Cache操作使能、寫緩沖使能以及設(shè)置了特殊功能寄存器組的基指針等。最后即定義系統(tǒng)存儲器控制寄存器。

1．3．2 編譯uClinux內(nèi)核

    在準(zhǔn)備好uClinux的內(nèi)核源代碼后．利用交叉編譯器就可以編譯生成運(yùn)行在硬件目標(biāo)板上的uClinux內(nèi)核。首先將U—Clinux內(nèi)核源代~uClinux—Samsung一20031005．tar．gz保存到宿主機(jī)的用戶目錄，解壓完畢后。就會在用戶目錄下生成uClinux—Samsung目錄。

以下是編譯uClinux的具體過程：

使用make menuconfig或者make xconfig命令進(jìn)行內(nèi)核配置：

輸人命令：make dep[!--empirenews.page--]

輸入命令：make clean：

輸入命令：make lib_only：

輸入命令：make romfs：

輸入命令：make image：

輸入命令：make。

    至此整個uClinux源碼的編譯工作就完成了．最后會在／u—Clinux—Samsung／image目錄下生成兩個內(nèi)核文件：image．ram和image．rom。image．rom~-3"借助~JTAG仿真器直接將其燒寫到目標(biāo)板上的FLASH存儲單元，I~image-ram則可通過以太網(wǎng)接口。將其下載至目標(biāo)板上就可直接運(yùn)行了。

1．4 嵌入式操作系統(tǒng)uCfinux的應(yīng)用開發(fā)

     下面通過本系統(tǒng)的一個具體實(shí)例來描述如何將應(yīng)用程序添加~UuClinux，主要的標(biāo)準(zhǔn)方法有如下幾點(diǎn)：

(1)編寫自己的源程序代碼和相應(yīng)Makefile文件。uClinux／Linux的應(yīng)用程序通常放在OS—HOME／user目錄下，我們在該目錄下創(chuàng)建一個XDQ目錄．且在該目錄下創(chuàng)建源文件xdq．c及它相應(yīng)的Makefile文件。

(2)修改uClinux—Samsung／config／config．ink件。在該文件合適的位置增加如下內(nèi)容：

mainmenu_ option   next comment

comment ‘xdq’

bool  ‘xdq’  CONFIG_ USER_ XDQ_XDQ

endmenu

目的是在Make menuconfig時，uCLinux就會提示你是否需要編譯這個新的應(yīng)用程序。

(3)修改uClinux—Samsung／user／Makefile 件。在該文件合適的位置增加下面一句：

dir-$(CONFIG_USER—XDQ—XDQ)+=xdq

加上這句后，如果你在Make menuconfig時選擇了這個新應(yīng)用程序。則編譯時就會編譯這個新的應(yīng)用程序。

把修改工作完成后要進(jìn)行內(nèi)核的編譯工作，按照以前編譯uClinux內(nèi)核的步驟進(jìn)行就可以了。

值得注意的一點(diǎn)是在第一步make menuconfig進(jìn)行內(nèi)核配置的時候．在Target Platform Selection，要選中Customize Vendor／User Settings fNEW)，選中了該選項(xiàng)后，與最初我們配置內(nèi)核過程不同的是．它還會在make menuconfig的最后出現(xiàn)一個對話框，在此進(jìn)行用戶應(yīng)用程序的配置，在對話框里出現(xiàn)的文字是在config．in文件中添加的文字，選中要編譯的應(yīng)用程序所在路徑，就會出現(xiàn)另一個對話框，選中要編譯的文件名，保存好內(nèi)核配置后退出。用這種方法生成的可執(zhí)行文件在romfs／bin目錄下。

    選擇完要編譯的源文件后．接下來就進(jìn)行make dep，makeclean等內(nèi)核編譯的后幾步。以上介紹的是一種基本的添加用戶應(yīng)用程序的方法，在將用戶應(yīng)用程序添加uClinux內(nèi)核運(yùn)行時，都需要對內(nèi)核進(jìn)行部分或全部的編譯，每次對內(nèi)核編譯完成后，都要先將FLASH存儲器中的內(nèi)容擦除，然后重新燒寫新編譯好的內(nèi)核到FLASH存儲器中去。

2 結(jié)束語

    ARM內(nèi)核處理器具有體積小、高性能、低功耗、低成本等一系列優(yōu)點(diǎn)，是嵌入式電子產(chǎn)品設(shè)備由8位機(jī)升級到32位機(jī)的理想選擇。uClinux因具有穩(wěn)定良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、完備的對各種文件系統(tǒng)的支持以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的API等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于嵌入式領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。