嵌入式Linux： uClinux操作系统移植

1.uClinux简介

uClinux这个英文单词中u表示Micro，小的意思，C表示Control，控制的意思，所以uClinux就是Micro-Control-Linux，字面上的理解就是针对微控制领域而设计的Linux系统.

uclinux是一个源码开放的操作系统，面向没有MMU（MemoryManagementUnit）的硬件平台。它是linux的一个变种，主要的区别在于两者的内存管理机制和进程调度管理机制，同时为了适应嵌入式应用的需求，它的采用了romfs文件系统，并对linux上的c语言库glibc做了简化。

2.硬件体系结构简介

运行uClinux的硬件平台主要包括如下几个部分：cpu（ARMv4指令集兼容）、uart、memorycontroller、定时器、flash存储器，sdram存储器，中断控制器和DMA.

3.编译环境和编译工具

uclinux操作系统源码绝大部分是用c语言开发的，有一些与硬件直接相关的代码则用特定于某一CPU体系结构的汇编来实现。这些源码只能用GNU的gcc编译工具来进行编译、链接。

GNUgcc可以运行于Linux/Unix操作系统上。如果要在Windows平台上运行gcc，则必须安装Cygwin.Cygwin可以在Windows中安装一个linux的运行环境，这样就可以在windows下运行原本只能在linux下运行的程序。

为了在PC上编译得到运行于目标CPU上的操作系统内核，还必须安装一个合适的交叉编译器。Gcc提供了现成的针对MIPS、ARM、M68K、Sharc、PowerPC的交叉编译器。如果没有现成的交叉编译器，则需要自行设计。GNU网站提供了一些如何开发新的交叉编译器的文章。开发一个新的编译器，一般需要如下几个步骤：

（1）、编写机器描述脚本。采用gcc的RTL（RegisterTansferLanguage）语言描述针对某一CPU体系结构的机器指令与寻址方式、CPU浮点处理方式、endianess、c语言中各种数据类型的位宽、寄存器的个数和使用规则、堆栈和函数调用规则等体系结构的细节。

（2）、设计代码生成器。Gcc在对c语言源文件进行了词法和语法分析后，将产生一种中间格式文件（intermediaterepresentation）。为了把这种中间格式文件转化为针对具体CPU体系结构的机器码，需要自行设计一个代码生成器。

（3）、设计汇编器

（4）、设计链接器

4.uClinux启动过程

uClinux系统的启动可以分为两个步骤：

（1）。运行bootloader初始化程序

SRAM、SDRAM等存储设备属于挥发性的存储器，掉电以后其中的内容就会全部丢失，所以必须把操作系统的内核镜像存放在Flash等不挥发性存储介质上。但是操作系统在运行时，需要动态的创建一些如数据段、堆栈、页表（针对使用虚拟地址的操作系统）等内容，所以需要在RAM中运行操作系统。因此，就需要一个引导程序把操作系统的内核镜像从Flash存储器拷贝到RAM中，然后再从RAM中执行操作系统的内核。Bootloader就是可以完成这样一种功能的程序。

从本质上来讲，bootloader不属于操作系统内核。它采用汇编语言编写，因此针对不同的cpu体系结构，这一部分代码不具有可移植性。在移植操作系统时，这部分代码必须加以改写。

具体来讲，bootloader在系统启动时主要完成以下几项工作：

。将操作系统内核从flash拷贝到sdram中，如果是压缩格式的内核，还要将之解压缩。

。改写系统的memorymap，原先flash起始地址映射为0地址，这时需要将RAM的起始地址映射为0.

。设置堆栈指针并将bss段清零。将来执行c语言程序和调用子函数时要用到。

。改变pc值，使得cpu开始执行真正的操作系统内核。

（2）运行操作系统内核

bootloader程序执行完上述的各项工作后，通过一条跳转指令，转而执行ini目录下c语言源文件main.c中的函数start_kernel（）。因为在此之前bootloader已经创建好一个初始化环境，

c函数可以开始执行了。整个操作系统内核的初始化工作从这里才算是真正开始。这个函数的长度比较短，代码如下：asmlinkagevoid__initstart_kernel（void）

{

char*command_line；

unsignedlongmempages；

externcharsaved_command_line[]；

/*

*Interruptsarestilldisabled.Donecessarysetups，then

*enablethem

*/

lock_kernel（）；

printk（linux_banner）；

setup_arch（command_line）；

printk（Kernelcommandline：%sn，saved_command_line）；

parse_options（command_line）；

trap_init（）；

init_IRQ（）；

sched_init（）；

softirq_init（）；

time_init（）；

/*

*HACKALERT！Thisisearly.We'reenablingtheconsolebefore

*we'vedonePCIsetupsetc，andconsole_init（）mustbeawareof

*this.Butwedowantoutputearly，incasesomethinggoeswrong.

*/

console_init（）；

#ifdefCONFIG_MODULES

init_modules（）；

#endif

if（prof_shift）{

unsignedintsize；

/*onlytextisprofiled*/

prof_len=（unsignedlong）_etext-（unsignedlong）_stext；

prof_len>>=prof_shift；

size=prof_len*sizeof（unsignedint）+PAGE_SIZE-1；

prof_buffer=（unsignedint*）alloc_bootmem（size）；

}

kmem_cache_init（）；

sti（）；

calibrate_delay（）；

#ifdefCONFIG_BLK_DEV_INITRD

if（initrd_start！initrd_below_start_ok

initrd_start

printk（KERN_CRITinitrdoverwritten（0x%08lx0x%08lx）-

disablingit.n，initrd_start，min_low_pfn

initrd_start=0；

}

#endif

mem_init（）；

kmem_cache_sizes_init（）；

pgtable_cache_init（）；

mempages=num_physpages；