在Windows上應用uClinux

    在嵌入式產品大行其道的今天,Linux經過裁剪和優(yōu)化而成的uClinux在嵌入式領域眾多的操作系統(tǒng)中占有一席之地。從uClinux字面上就可以看出它的含義,即“微控制器領域中的Linux系統(tǒng)”。 

    uClinux從Linux 2.0/2.4內核派生而來,沿襲了Linux的絕大部分特性。它是專門針對沒有MMU(內存管理單元)的CPU,并且為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。它通常用于具有很少內存或Flash的嵌入式操作系統(tǒng)。在GNU通用許可證的保證下,運行uClinux操作系統(tǒng)的用戶可以使用幾乎所有的Linux API函數(shù)。由于經過了裁剪和優(yōu)化,它形成了一個高度優(yōu)化,代碼緊湊的嵌入式Linux。它具有體積小、穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網絡功能、完備的對各種文件系統(tǒng)的支持，以及豐富的API函數(shù)等優(yōu)點。uClinux與Linux在兼容性方面表現(xiàn)出色，uClinux除了不能實現(xiàn)fork()外，其余uClinux的API函數(shù)與標準Linux完全相同。 

    uClinux的基本架構 

    Boot Loader：負責Linux內核的啟動，用于初始化系統(tǒng)資源。這部分代碼用于建立Linux內核運行環(huán)境和從Flash中裝載初始化Ramdisk。 

    內核初始化：Linux內核的入口點是start kernel()函數(shù)。它初始化內核的其它部分，包括捕獲、IRQ通道、調度、設備驅動、標定延遲循環(huán)，最重要的是能夠fork“init”進程，以啟動整個多任務環(huán)境。 

    系統(tǒng)調用函數(shù)／捕獲函數(shù)：在執(zhí)行完“init”程序后，內核對程序流不再有直接地控制權。此后，它的作用僅僅是處理異步事件(例如硬件中斷)和為系統(tǒng)調用提供進程。 

    設備驅動：設備驅動占據(jù)了Linux內核很大部分。同其它操作系統(tǒng)一樣，設備驅動為它們所控制的硬件設備和操作系統(tǒng)提供接口。 

    文件系統(tǒng)：Linux最重要的特性之一就是對多種文件系統(tǒng)的支持。這種特性使得Linux很容易地同其它操作系統(tǒng)共存。文件系統(tǒng)的概念使得用戶能夠查看存儲設備上的文件和路徑而無須考慮實際物理設備的文件系統(tǒng)類型。 

    交叉編譯環(huán)境 

    uClinux是一個出色的開發(fā)平臺,但是在我們能在電腦上編寫自己的嵌入式應用程序之前,還必須做的一件事，就是給uClinux建立完善的編譯環(huán)境。關于交叉編譯，簡單地講是指在一個平臺(操作系統(tǒng))上可以生成能在另一個平臺上執(zhí)行的代碼。 

    但是對于有些不是很懂Linux環(huán)境的人來講，用uClinux開發(fā)程序會感到諸多不便。這里提供了在裝有Windows系統(tǒng)的宿主機（開發(fā)時所用的機器）上建立交叉編譯環(huán)境的方法。 

    為了在Windows下開發(fā)嵌入式操作系統(tǒng)應用程序，可以在Windows環(huán)境下裝上Cygwin軟件。Cygwin是一個在Windows平臺上運行的Unix模擬環(huán)境，是Cygnus Solutions公司開發(fā)的自由軟件。它對于學習掌握Unix／Linux操作環(huán)境，或者進行某些特殊的開發(fā)工作，尤其是使用GNU工具集在Windows上進行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，非常有用。 

    Cygnus首先把gcc、gdb等開發(fā)工具進行了改進，使它們能夠生成并解釋WIN32的目標文件。然后，把這些工具移植到Windows平臺上去。一種方案是基于WIN32 APl對這些工具的源代碼進行大幅修改，這樣做顯然需要大量工作。因此，Cygnus采取了一種不同的方法——他們寫了一個共享庫(就是cygwinl．d11)，把WIN32 API中沒有的Unix風格的調用(如fork、spawn、signals、select、sockets等)封裝在里面。也就是說，他們基于WIN32 APl寫了一個Unix系統(tǒng)庫的模擬層。這樣，只要把這些工具的源代碼和這個共享庫連接到一起，就可以使用Unix主機上的交叉編譯器來生成可以在Windows平臺上運行的工具集。以這些移植到Windows平臺上的開發(fā)工具為基礎，Cygnus又逐步把其它的工具(幾乎不需要對源代碼進行修改，只需要修改他們的配置腳本)軟件移植到Windows上來。這樣，在Windows平臺上運行bash和開發(fā)工具、用戶工具，感覺好像在Unix上工作。 

    生成交叉編譯器 

    Cygwin軟件目前最新版本是Cygwin DLL 1.5.9-1。它的網址是http:// Cygwin.com,上面就有該程序的壓縮包,下載后解壓安裝就ok了。 

    在自己生成交叉編譯器之前，首先對Cygwin進行一些設置。假設Cygwin安裝在e目錄下，在打開Cygwin窗口之前，進入到E：＼Cygwin目錄。在這個目錄下，有一個文件名為Cygwin．bat的批處理文件，編輯該文件，在第一行后加入setCYGWIN--titlentea，這是因為Cygwin的啟動批處理文件需要啟動Unix文件系統(tǒng)模擬。修改完畢且保存后退出。雙擊桌面上的Cygwin圖標，打開后默認用戶為在Windows中登錄的用戶名(這里所使用的操作系統(tǒng)是Windows 2000 Professsional)，在根目錄(即E：＼cygwin)下輸入： 

cd bin
    mV  Sh．exe  Sh—original．exe
　　n  —S  bash．exe  Sh．Exe
 


    做上述幾步的原因是大多數(shù)Linux系統(tǒng)將sh符號鏈接到bash，而Cygwin上的sh．exe和bash．exe是不同的，因此必須用bash代替sh。 

    從網站http://www.ucLinux.org/pub/uClinurd-elf-tools上下載生成工具鏈的各種源碼，根據(jù)腳本文件build-ucLinux-tools．sh建立可在Windows下編譯用戶應用程序的交叉編譯器，生成的交叉編譯器最終被打包為arm-elf-tools-cygwin-yyyymmdd．tar．gz的文件，其中YYYY為生成交叉編譯器的年，mm為生成交叉編譯器的月份，dd為日期。 

    這里，需要注意的是在生成交叉編譯器的過程中，可能會遇到多次錯誤，讀者應該根據(jù)給出的出錯信息，進行相應文件的修改。由于習慣上的原因，Linux下的壓縮文件一般都是以．tar．gz或者．tgz結尾的。雖然用Windows下的解壓軟件，比如winzip或者winrar也可以解壓這些文件，但是不推薦使用這類解壓軟件，因為可能會造成某些信息的丟失。 

    有了交叉編譯器后，熟悉Windows的用戶就可以在Windows下編譯在uClinux上運行的應用程序了