| 嵌入式操作系統(tǒng)并不總是必須的，因?yàn)槌绦蛲耆梢栽诼惆迳线\(yùn)行。盡管如此，但對于復(fù)雜的系統(tǒng)，為使其具有任務(wù)管理、定時器管理、存儲器管理、資 源管理、事件管理、系統(tǒng)管理、消息管理、隊(duì)列管理和中斷處理的能力，提供多任務(wù)處理，更好的分配系統(tǒng)資源的功能，很有必要針對特定的硬件平臺和實(shí)際應(yīng)用移 植操作系統(tǒng)。鑒于Linux的源代碼開放性，它成為嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域的很好選擇。國內(nèi)外許多知名大學(xué)、公司、研究機(jī)構(gòu)都加入了嵌入式Linux的研究行 列，推出了一些著名的版本： ·RT-Linux提供了一個精巧的實(shí)時內(nèi)核，把標(biāo)準(zhǔn)的Linux核心作為實(shí)時核心的一個進(jìn)程同用戶的實(shí)時進(jìn)程一起調(diào)度。RT-Linux已成 功地應(yīng)用于航天飛機(jī)的空間數(shù)據(jù)采集、科學(xué)儀器測控和電影特技圖像處理等廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。如NASA(美國國家宇航局)將裝有 RT-Linux的設(shè)備放在飛機(jī)上，以測量Georage咫風(fēng)的風(fēng)速； 本章涉及的mizi-linux由韓國mizi公司根據(jù)Linux 2.4內(nèi)核移植而來，支持S 1.Linux內(nèi)核要點(diǎn) 和其他操作系統(tǒng)一樣，Linux包含進(jìn)程調(diào)度與進(jìn)程間通信(IPC)、內(nèi)存管理(MMU)、虛擬文件系統(tǒng)(VFS)、網(wǎng)絡(luò)接口等。 <!--[endif]--> Linux內(nèi)核源代碼包括多個目錄： ?。?span lang="EN-US">1）arch：包括硬件特定的內(nèi)核代碼，如arm、mips、i386等；
?。?span lang="EN-US">11）Documentation：文檔 |
在Linux內(nèi)核的實(shí)現(xiàn)中，有一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使用非常頻繁，對研讀內(nèi)核的人來說至為關(guān)鍵，它們是：
1.task_struct
Linux內(nèi)核利用task_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)代表一個進(jìn)程，用task_struct指針形成一個task數(shù)組。當(dāng)建立新進(jìn)程的時候，Linux 為新的進(jìn)程分配一個task_struct結(jié)構(gòu)，然后將指針保存在task數(shù)組中。調(diào)度程序維護(hù)current指針，它指向當(dāng)前正在運(yùn)行的進(jìn)程。
2.mm_struct
每個進(jìn)程的虛擬內(nèi)存由mm_struct結(jié)構(gòu)代表。該結(jié)構(gòu)中包含了一組指向vm-area_struct結(jié)構(gòu)的指針，vm-area_struct結(jié)構(gòu)描述了虛擬內(nèi)存的一個區(qū)域。
3.inode
Linux虛擬文件系統(tǒng)中的文件、目錄等均由對應(yīng)的索引節(jié)點(diǎn)(inode)代表。
2.Linux移植項(xiàng)目
mizi-linux已經(jīng)根據(jù)Linux 2.4內(nèi)核針對S
?。?span lang="EN-US">1）修改根目錄下的Makefile文件
a.指定目標(biāo)平臺為ARM：
| #ARCH := $(shell uname -m | sed -e s/i.86/i386/ -e s/sun4u/sparc64/ -e s/arm.*/arm/ -e s/sa110/arm/) |
b.指定交叉編譯器：
CROSS_COMPILE = arm-linux-
?。?span lang="EN-US">2）修改arch目錄中的文件
根據(jù)本章第一節(jié)可知，Linux的arch目錄存放硬件相關(guān)的內(nèi)核代碼，因此，在Linux內(nèi)核中增加對S
a.在arch/arm/Makefile文件中加入：
| ifeq ($(CONFIG_ARCH_S |
b.在arch\arm\config.in文件中加入：
| if [ "$CONFIG_ARCH_S |
arch\arm\config.in文件還有幾處針對S
c.在arch/arm/boot/Makefile文件中加入：
| ifeq ($(CONFIG_ARCH_S |
d.在linux/arch/arm/boot/compressed/Makefile文件中加入：
| ifeq ($(CONFIG_ARCH_S |
加入的結(jié)果是head-s
e.加入arch\arm\boot\compressed\ head-s
| #include <linux/config.h> |
該文件中的匯編代碼完成S
f.在arch\arm\def-configs目錄中增加配置文件
g.在arch\arm\kernel\Makefile中增加對S
| no-irq-arch := $(CONFIG_ARCH_INTEGRATOR) $(CONFIG_ARCH_CLPS711X) \ |
h.修改arch/arm/kernel/debug-armv.S文件，在適當(dāng)?shù)奈恢迷黾尤缦玛P(guān)于S
| #elif defined(CONFIG_ARCH_S |
i.修改arch/arm/kernel/setup.c文件
此文件中的setup_arch非常關(guān)鍵，用來完成與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的初始化：
| void __init setup_arch(char **cmdline_p) if (meminfo.nr_banks == 0) { | |
| init_mm.start_code = (unsigned long) &_text; | |
j.修改arch/arm/mm/mm-armv.c文件（arch/arm/mm/目錄中的文件完成與ARM相關(guān)的MMU處理）
修改
| init_maps->bufferable = 0; |
為
| init_maps->bufferable = 1; |
要輕而易舉地進(jìn)行上述馬拉松式的內(nèi)核移植工作并非一件輕松的事情，需要對Linux內(nèi)核有很好的掌握，同時掌握硬件特定的知識和相關(guān)的匯編。幸 而mizi公司的開發(fā)者們已經(jīng)合力為我們完成了上述工作，這使得小弟們在將mizi-linux移植到自身開發(fā)的電路板的過程中只需要關(guān)心如下幾點(diǎn)：
（1）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)核的其他部分，包括捕獲，IRQ通道，調(diào)度，設(shè)備驅(qū)動，標(biāo)定延遲循環(huán)，最重要的是能夠fork"init"進(jìn)程，以啟動整個多任務(wù)環(huán)境。
我們可以在init中加上一些特定的內(nèi)容。
(2)設(shè)備驅(qū)動：設(shè)備驅(qū)動占據(jù)了Linux內(nèi)核很大部分。同其他操作系統(tǒng)一樣，設(shè)備驅(qū)動為它們所控制的硬件設(shè)備和操作系統(tǒng)提供接口。
本文第四章將單獨(dú)講解驅(qū)動程序的編寫方法。
(3)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很容易地同其他操作系統(tǒng)共存。文件系統(tǒng)的概念使得用戶能 夠查看存儲設(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。Linux透明的支持許多不同的文件系統(tǒng)，將各種安裝的文件和文件系統(tǒng)以一個完整的 虛擬文件系統(tǒng)的形式呈現(xiàn)給用戶。
我們可以在K9S1208 NAND FLASH上移植cramfs、jfss2、yaffs等FLASH文件系統(tǒng)。
3. init進(jìn)程
在init函數(shù)中"加料"，可以使得Linux啟動的時候做點(diǎn)什么，例如廣州友善之臂公司的demo板在其中加入了公司信息：
| static int init(void * unused) |
這樣在Linux的啟動過程中，會額外地輸出：
| ======================================== |
4.文件系統(tǒng)移植
文件系統(tǒng)是基于被劃分的存儲設(shè)備上的邏輯上單位上的一種定義文件的命名、存儲、組織及取出的方法。如果一個Linux沒有根文件系統(tǒng)，它是不能被正確的啟動的。因此，我們需要為Linux創(chuàng)建根文件系統(tǒng)，我們將其創(chuàng)建在K9S1208 NAND FLASH上。
Linux的根文件系統(tǒng)可能包括如下目錄（或更多的目錄）：
?。?span lang="EN-US">1）/bin (binary)：包含著所有的標(biāo)準(zhǔn)命令和應(yīng)用程序；
?。?span lang="EN-US">2）/dev (device)：包含外設(shè)的文件接口，在Linux下，文件和設(shè)備采用同種地方法訪問的，系統(tǒng)上的每個設(shè)備都在/dev里有一個對應(yīng)的設(shè)備文件；
?。?span lang="EN-US">3）/etc (etcetera)：這個目錄包含著系統(tǒng)設(shè)置文件和其他的系統(tǒng)文件，例如/etc/fstab(file system table)記錄了啟動時要mount 的filesystem；
?。?span lang="EN-US">4）/home：存放用戶主目錄；
（5）/lib(library)：存放系統(tǒng)最基本的庫文件；
（6）/mnt：用戶臨時掛載文件系統(tǒng)的地方；
?。?span lang="EN-US">7）/proc：linux提供的一個虛擬系統(tǒng)，系統(tǒng)啟動時在內(nèi)存中產(chǎn)生，用戶可以直接通過訪問這些文件來獲得系統(tǒng)信息；
?。?span lang="EN-US">8）/root：超級用戶主目錄；
?。?span lang="EN-US">9）/sbin：這個目錄存放著系統(tǒng)管理程序，如fsck、mount等；
?。?span lang="EN-US">10）/tmp(temporary)：存放不同的程序執(zhí)行時產(chǎn)生的臨時文件；
?。?span lang="EN-US">11）/usr(user)：存放用戶應(yīng)用程序和文件。
采用BusyBox是縮小根文件系統(tǒng)的好辦法，因?yàn)槠渲刑峁┝讼到y(tǒng)的許多基本指令但是其體積很小。眾所周知，瑞士軍刀以其小巧輕便、功能眾多而聞名世界，成為各國軍人的必備工具，并廣泛應(yīng)用于民間，而BusyBox也被稱為嵌入式Linux領(lǐng)域的"瑞士軍刀"。
此地址可以下載BusyBox：http://www.busybox.net，當(dāng)前最新版本為
ln -s ./busybox ls
ln -s ./busybox mkdir
4.1 cramfs
在根文件系統(tǒng)中，為保護(hù)系統(tǒng)的基本設(shè)置不被更改，可以采用cramfs格式，它是一種只讀的閃存文件系統(tǒng)。制作cramfs文件系統(tǒng)的方法為：建立一個目錄，將需要放到文件系統(tǒng)的文件copy到這個目錄，運(yùn)行"mkcramfs 目錄名 image名"就可以生成一個cramfs文件系統(tǒng)的image文件。例如如果目錄名為rootfs，則正確的命令為：
mkcramfs rootfs rootfs.ramfs
我們使用下面的命令可以mount生成的rootfs.ramfs文件，并查看其中的內(nèi)容：
mount -o loop -t cramfs rootfs.ramfs /mount/point
此地址可以下載mkcramfs工具：http://sourceforge.net/projects/cramfs/。
4.2 jfss2
對于cramfs閃存文件系統(tǒng)，如果沒有ramfs的支持則只能讀，而采用jfss2（The Journalling Flash File System version 2）文件系統(tǒng)則可以直接在閃存中讀、寫數(shù)據(jù)。jfss2 是一個日志結(jié)構(gòu)(log-structured)的文件系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)和原數(shù)據(jù)(meta-data)的節(jié)點(diǎn)在閃存上順序地存儲。jfss2記錄了每個擦 寫塊的擦寫次數(shù)，當(dāng)閃存上各個擦寫塊的擦寫次數(shù)的差距超過某個預(yù)定的閥值，開始進(jìn)行磨損平衡的調(diào)整。調(diào)整的策略是，在垃圾回收時將擦寫次數(shù)小的擦寫塊上的數(shù)據(jù)遷移到擦寫次數(shù)大的擦寫塊上以達(dá)到磨損平衡的目的。
與mkcramfs類似，同樣有一個mkfs.jffs2工具可以將一個目錄制作為jffs2文件系統(tǒng)。假設(shè)把/bin目錄制作為jffs2文件系統(tǒng)，需要運(yùn)行的命令為：
mkfs.jffs2 -d /bin -o jffs2.img
4.3 yaffs
yaffs 是一種專門為嵌入式系統(tǒng)中常用的閃存設(shè)備設(shè)計的一種可讀寫的文件系統(tǒng)，它比jffs2 文件系統(tǒng)具有更快的啟動速度，對閃存使用壽命有更好的保護(hù)機(jī)制。為使Linux支持yaffs文件系統(tǒng)，我們需要將其對應(yīng)的驅(qū)動加入到內(nèi)核中 fs/yaffs/，并修改內(nèi)核配置文件。使用我們使用mkyaffs工具可以將NAND FLASH中的分區(qū)格式化為yaffs格式（如/bin/mkyaffs /dev/mtdblock/0命令可以將第1個MTD塊設(shè)備分區(qū)格式化為yaffs），而使用mkyaffsimage（類似于mkcramfs、 mkfs.jffs2）則可以將某目錄生成為yaffs文件系統(tǒng)鏡像。
嵌入式Linux還可以使用NFS（網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)）通過以太網(wǎng)掛接根文件系統(tǒng)，這是一種經(jīng)常用來作為調(diào)試使用的文件系統(tǒng)啟動方式。通過網(wǎng)絡(luò)掛接的根文件系統(tǒng)，可以在主機(jī)上生成ARM 交叉編譯版本的目標(biāo)文件或二進(jìn)制可執(zhí)行文件，然后就可以直接裝載或執(zhí)行它，而不用頻繁地寫入flash。
采用不同的文件系統(tǒng)啟動時，要注意通過第二章介紹的BootLoader修改啟動參數(shù)，如廣州友善之臂的demo提供如下三種啟動方式：
（1）從cramfs掛接根文件系統(tǒng)：root=/dev/bon/2()；
?。?span lang="EN-US">2）從移植的yaffs掛接根文件系統(tǒng)：root=/dev/mtdblock/0；
?。?span lang="EN-US">3）從以太網(wǎng)掛接根文件系統(tǒng)：root=/dev/nfs。
5.小結(jié)
本章介紹了嵌入式Linux的背景、移植項(xiàng)目、init進(jìn)程修改和文件系統(tǒng)移植，通過這些步驟，我們可以在嵌入式系統(tǒng)上啟動一個基本的Linux。
