在Windows上應(yīng)用uClinux

    在嵌入式產(chǎn)品大行其道的今天,Linux經(jīng)過裁剪和優(yōu)化而成的uClinux在嵌入式領(lǐng)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(lǐng)域中的Linux系統(tǒng)”。 

    uClinux從Linux 2.0/2.4內(nèi)核派生而來,沿襲了Linux的絕大部分特性。它是專門針對(duì)沒有MMU(內(nèi)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(nèi)存或Flash的嵌入式操作系統(tǒng)。在GNU通用許可證的保證下,運(yùn)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(jīng)過了裁剪和優(yōu)化,它形成了一個(gè)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(wǎng)絡(luò)功能、完備的對(duì)各種文件系統(tǒng)的支持，以及豐富的API函數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。uClinux與Linux在兼容性方面表現(xiàn)出色，uClinux除了不能實(shí)現(xiàn)fork()外，其余uClinux的API函數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)Linux完全相同。 

    uClinux的基本架構(gòu) 

    Boot Loader：負(fù)責(zé)Linux內(nèi)核的啟動(dòng)，用于初始化系統(tǒng)資源。這部分代碼用于建立Linux內(nèi)核運(yùn)行環(huán)境和從Flash中裝載初始化Ramdisk。 

    內(nèi)核初始化：Linux內(nèi)核的入口點(diǎn)是start kernel()函數(shù)。它初始化內(nèi)核的其它部分，包括捕獲、IRQ通道、調(diào)度、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、標(biāo)定延遲循環(huán)，最重要的是能夠fork“init”進(jìn)程，以啟動(dòng)整個(gè)多任務(wù)環(huán)境。 

    系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)／捕獲函數(shù)：在執(zhí)行完“init”程序后，內(nèi)核對(duì)程序流不再有直接地控制權(quán)。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(diào)用提供進(jìn)程。 

    設(shè)備驅(qū)動(dòng)：設(shè)備驅(qū)動(dòng)占據(jù)了Linux內(nèi)核很大部分。同其它操作系統(tǒng)一樣，設(shè)備驅(qū)動(dòng)為它們所控制的硬件設(shè)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(duì)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(chǔ)設(shè)備上的文件和路徑而無須考慮實(shí)際物理設(shè)備的文件系統(tǒng)類型。 

    交叉編譯環(huán)境 

    uClinux是一個(gè)出色的開發(fā)平臺(tái),但是在我們能在電腦上編寫自己的嵌入式應(yīng)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(guān)于交叉編譯，簡(jiǎn)單地講是指在一個(gè)平臺(tái)(操作系統(tǒng))上可以生成能在另一個(gè)平臺(tái)上執(zhí)行的代碼。 

    但是對(duì)于有些不是很懂Linux環(huán)境的人來講，用uClinux開發(fā)程序會(huì)感到諸多不便。這里提供了在裝有Windows系統(tǒng)的宿主機(jī)（開發(fā)時(shí)所用的機(jī)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(yīng)用程序，可以在Windows環(huán)境下裝上Cygwin軟件。Cygwin是一個(gè)在Windows平臺(tái)上運(yùn)行的Unix模擬環(huán)境，是Cygnus Solutions公司開發(fā)的自由軟件。它對(duì)于學(xué)習(xí)掌握Unix／Linux操作環(huán)境，或者進(jìn)行某些特殊的開發(fā)工作，尤其是使用GNU工具集在Windows上進(jìn)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(jìn)行了改進(jìn)，使它們能夠生成并解釋W(xué)IN32的目標(biāo)文件。然后，把這些工具移植到Windows平臺(tái)上去。一種方案是基于WIN32 APl對(duì)這些工具的源代碼進(jìn)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(gè)共享庫(就是cygwinl．d11)，把WIN32 API中沒有的Unix風(fēng)格的調(diào)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(gè)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(gè)共享庫連接到一起，就可以使用Unix主機(jī)上的交叉編譯器來生成可以在Windows平臺(tái)上運(yùn)行的工具集。以這些移植到Windows平臺(tái)上的開發(fā)工具為基礎(chǔ)，Cygnus又逐步把其它的工具(幾乎不需要對(duì)源代碼進(jìn)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(tái)上運(yùn)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(wǎng)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(duì)Cygwin進(jìn)行一些設(shè)置。假設(shè)Cygwin安裝在e目錄下，在打開Cygwin窗口之前，進(jìn)入到E：＼Cygwin目錄。在這個(gè)目錄下，有一個(gè)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?yàn)镃ygwin的啟動(dòng)批處理文件需要啟動(dòng)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(biāo)，打開后默認(rèn)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(hào)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(wǎng)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(yīng)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(huì)遇到多次錯(cuò)誤，讀者應(yīng)該根據(jù)給出的出錯(cuò)信息，進(jìn)行相應(yīng)文件的修改。由于習(xí)慣上的原因，Linux下的壓縮文件一般都是以．tar．gz或者．tgz結(jié)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?yàn)榭赡軙?huì)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(yùn)行的應(yīng)用程序了