嵌入式Linux系統(tǒng)移植及應(yīng)用開發(fā)技術(shù)研究

夏薇

摘要：隨著計算機(jī)、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)廣泛地滲透到各行各業(yè)及人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷嬷小Ｓ捎谇度胧较到y(tǒng)的復(fù)雜性不斷增加，嵌入式操作系統(tǒng)成為了嵌入式系統(tǒng)中最重要的組成部分。在各種嵌入式操作系統(tǒng)中，憑借其性能優(yōu)異，結(jié)構(gòu)清晰，平臺支持廣泛，網(wǎng)絡(luò)支持強(qiáng)勁及開放源代碼等多方面的優(yōu)勢，被嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者廣泛的采用。有鑒于此，對嵌入式Linux系統(tǒng)移植及應(yīng)用開發(fā)技術(shù)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：嵌入式Linux；內(nèi)核；設(shè)備驅(qū)動；移植

隨著數(shù)字信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，我們已進(jìn)入數(shù)碼時代。建立在其基礎(chǔ)之上的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的滲透到科學(xué)研究、工程設(shè)計、軍事技術(shù)、商業(yè)文化藝術(shù)、娛樂業(yè)以及人們的日常生活等方方面面。嵌入式技術(shù)越來越和人們的生活緊密相關(guān)，消費電子、計算機(jī)、通信一體化趨勢日益明顯，作為計算機(jī)領(lǐng)域的一個重要組成部分，嵌入式系統(tǒng)再度成為研究與應(yīng)用的熱點，而這離不開對嵌入式系統(tǒng)重要組成部分的嵌入式系統(tǒng)軟件的研究。

1 嵌入式軟件開發(fā)

1.1 嵌入式軟件生成階段

由于嵌入式系統(tǒng)自身的硬件局限性，不能在嵌入式系統(tǒng)上直接搭建開發(fā)環(huán)境，因此，在嵌入式軟件開發(fā)中通常需要兩個平臺，即作為開發(fā)平臺的宿主機(jī)和作為運(yùn)行平臺的嵌入式目標(biāo)機(jī)，嵌入式軟件的生成階段又可分為三個步驟源代碼程序的編寫將源程序交叉編譯成各個目標(biāo)模塊將所有目標(biāo)模塊及相關(guān)庫文件一起鏈接成可供目標(biāo)板下載或固化的目標(biāo)程序。這三個步驟與通用計算機(jī)系統(tǒng)的軟件開發(fā)階段基本一致，但嵌人式軟件開發(fā)又有其自身的特點為了能生成適合目標(biāo)平臺運(yùn)行的二進(jìn)制程序，對源代碼的編譯應(yīng)使用跨平臺的交叉編譯器為了程序代碼和數(shù)據(jù)在目標(biāo)機(jī)的內(nèi)存中正確定位及正確鏈接適合目標(biāo)機(jī)的庫文件，需要使用交叉鏈接器。交叉編譯器和交叉鏈接器是嵌入式軟件開發(fā)不可缺少的工具。

1.2 嵌入式軟件調(diào)試階段

在開發(fā)嵌入式軟件時，交叉調(diào)試是必不可少的一步。交叉調(diào)試通常是指調(diào)試程序和被調(diào)試程序運(yùn)行在不同的機(jī)器上，調(diào)試器通過某種方式控制目標(biāo)機(jī)上的被調(diào)試程序的運(yùn)行方式，并且通過調(diào)試器查看和修改目標(biāo)機(jī)上的內(nèi)存、寄存器及被調(diào)試程序中的變量的調(diào)試技術(shù)。目前，使用最廣泛的交叉調(diào)試技術(shù)是軟件調(diào)試方式和片上調(diào)試方式。

1.3 嵌入式軟件固化階段

嵌入式軟件調(diào)試完成之后，整個開發(fā)周期就進(jìn)入固化階段。把程序代碼燒寫到目標(biāo)板的永久性存儲器中，并且在真實的硬件環(huán)境中運(yùn)行，這個過程就是固化。固化階段需要注意的問題主要有：調(diào)試階段目標(biāo)文件包含調(diào)試信息，固化階段應(yīng)該重新編譯，去掉不需要的調(diào)試信息；調(diào)試階段程序的所有代碼段、數(shù)據(jù)段都被定位到測試空間的RAM中，固化階段應(yīng)將程序的各邏輯段按照其不同的屬性分別定位到永久存儲器或RAM中；通常，調(diào)試階段不需要boot模塊，目標(biāo)板上的監(jiān)控程序可以實現(xiàn)此功能，但固化階段必須有boot模塊作為入口模塊。

注意到以上差異并完成必要的準(zhǔn)備工作后，就可以利用交叉編譯鏈接工具生成可固化的應(yīng)用程序，再用固化工具將它固化到目標(biāo)機(jī)的ROM、Flash閃存等非易失性存儲設(shè)備中。至此，整個嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)過程就基本完成了。

2 嵌入式Linux系統(tǒng)移植

與通用計算機(jī)系統(tǒng)Linux操作系統(tǒng)的根文件系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)一樣，嵌入式Linux系統(tǒng)的根文件系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)通常也參考標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)而與通用計算機(jī)系統(tǒng)不同的是，嵌入式Linux通常需要采用符合自身存儲設(shè)備特點的特殊文件系統(tǒng)。

2.1 根文件系統(tǒng)的選擇

嵌入式Linux系統(tǒng)中，為了保護(hù)系統(tǒng)文件不被破壞或不希望用戶修改某些文件，常采用一些不可修改的文件系統(tǒng)，cramfs和經(jīng)過壓縮的RAM disk都是具有很高的壓縮比的不可修改的文件系統(tǒng)，因此常被用著嵌入式Linux的根文件系統(tǒng)。

對于寫入Flash設(shè)備的RAM disk映像，首先必須在內(nèi)核中配置RAM disk的大小與數(shù)量，并在Linux啟動時按配置在內(nèi)存中創(chuàng)建RAM disk，把RAM disk映像減壓縮到內(nèi)存中，此后文件系統(tǒng)就在內(nèi)存中，不再需要訪問Flash設(shè)備了。RAM disk最大的缺點是，在正常情況下，同樣的數(shù)據(jù)不僅在外存中占據(jù)了空間以壓縮后的形式存在，而且還在內(nèi)存中占用了更大的空間以解壓縮之后的形式存在，這違背了嵌入式環(huán)境下盡量節(jié)約資源的要求。如果系統(tǒng)中有大量富裕的內(nèi)存，選用RAM disk作為根文件系統(tǒng)也是個不錯的選擇。但是對于大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)來說，內(nèi)存都是非常寶貴的資源，盡量節(jié)約資源也體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的精神，因此，本次移植選用cramfs作為根文件系統(tǒng)。

2.2 用戶擴(kuò)展文件系統(tǒng)的選擇

由于選擇了只讀的文件系統(tǒng)cramfs做為根文件系統(tǒng)，為了利用Flash設(shè)備的易讀易寫且斷電永久存儲的特性，以及為了擴(kuò)展嵌入式系統(tǒng)的功能，因此需要一個可讀寫、可保存數(shù)據(jù)的文件系統(tǒng)。

2.3 內(nèi)存文件系統(tǒng)的選擇

Flash設(shè)備都有擦除、寫的次數(shù)限制，一旦達(dá)到這個限制Flash設(shè)備將出現(xiàn)壞塊，其中的內(nèi)容也將永遠(yuǎn)不能再擦除了。經(jīng)常對Flash設(shè)備執(zhí)行擦除、寫操作，會縮短Flash設(shè)備的壽命。因此，/tmp、/var這些存放臨時性和變動性較大數(shù)據(jù)的目錄應(yīng)該采用基于內(nèi)存技術(shù)的文件系統(tǒng)，防止頻繁的對Flash設(shè)備進(jìn)行擦除操作，延長Flash閃存使用壽命。

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