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μClinux

μClinux是一個完全符合GNU/GPL公約的操作系統(tǒng),完全開放源代碼,現(xiàn)在由Line公司支持維護(hù)。μClinux的發(fā)音是you-see-linux,它的名字來自于希臘字母μ和英文大寫字母C結(jié)合。μ代表“微小”之意,字母C代表“控制器”,所以從字面上就可以看出它的含義,即“微控制領(lǐng)域中的Linux系統(tǒng)”。

  μClinux的發(fā)展及特點

  1991年,芬蘭大學(xué)生Linus Torvalds開發(fā)了一個自由的操作系統(tǒng)Linux,并通過Internet進(jìn)行了發(fā)布。隨后,一大批編程人員加入到基于Linux操作系統(tǒng)開發(fā)過程中來,Linux要求所有的源代碼必須公開,后來技術(shù)的發(fā)展轉(zhuǎn)向GPL( GNUG eneral Public Licence),只要遵守GPL的規(guī)定,就可以免費獲得復(fù)制,因此Linux依然可以看做是一個免費軟件。隨著嵌入式應(yīng)用的日益普及,人們迫切需要更加小巧的、無需龐大內(nèi)存運行環(huán)境的迷你型的操作系統(tǒng),于是,GPL組織開發(fā)了針對微型控制領(lǐng)域的Linux操作系統(tǒng),這就是μClinux操作系統(tǒng)。μ表示Micro,即微小的,C表示Control,即控制,整個μClinux的含義可以理解為"適用于微型控制領(lǐng)域的Linux操作系統(tǒng)"。

  μClinux的具體特點包括:

 ?。?)適合嵌入式環(huán)境開發(fā)。一般而言,嵌入式系統(tǒng)自身所具有的簡約性,導(dǎo)致對于所選用的操作系統(tǒng)的多任務(wù)、大內(nèi)存管理等方面的功能都沒有明確需求。因此,μClinux不支持MMU等內(nèi)存管理功能。小巧玲瓏的特點使得該系統(tǒng)在嵌入式開發(fā)領(lǐng)域具有得天獨厚的優(yōu)勢。

 ?。?)傳承了Linux的優(yōu)點。Linux 操作系統(tǒng)最突出優(yōu)點是強大的網(wǎng)絡(luò)管理功能,基本上所有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)接口都可以在Linux上找到,Linux的內(nèi)核比標(biāo)準(zhǔn)的UNIX處理網(wǎng)絡(luò)協(xié)議更加高效,系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)吞吐性能更好,這也是Linux網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器市場上占據(jù)較大的市場分額的重要原因。對于小型的SOHO路由器,Linux的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無疑是其開發(fā)運行的最佳選擇,Linux完全能對給其提供全方位的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持。μClinux是基于Linux開發(fā)的,繼承了Linux的強大網(wǎng)絡(luò)管理功能,許多資料可以在Internet上方便下載。

 ?。?)支持功能擴展。雖然與Linux相比,μClinux經(jīng)過了大幅度的瘦身,但是這并沒有妨礙μClinux提供豐富的功能擴展接口。比如,雖然μClinux多任務(wù)支持模式較為簡單,但是在必須需要復(fù)雜多任務(wù)環(huán)境的時候,可以進(jìn)行方便的擴展。

  (4)提供強大的系統(tǒng)管理能力。雖然嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序,一般可以在裸板上運行,但為了使系統(tǒng)具有任務(wù)管理、存儲器管理、設(shè)備管理、事件管理、消息管理、隊列管理和中斷處理等全方位的能力,更好地分配系統(tǒng)資源,用戶就需要針對自己的硬件平臺和實際應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)那度胧讲僮飨到y(tǒng)。μClinux就是一種不錯的選擇。

 ?。?)可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求量身定做操作系統(tǒng)。這就是定制μClinux的剪裁技術(shù)。要讓uClinux支持一個新硬件體系,首先需要收集構(gòu)建代碼的工具,然后開始剪裁和編譯內(nèi)核,使構(gòu)建的操作系統(tǒng)適合具體的硬件需求。一旦內(nèi)核支持設(shè)計的處理器功能,操作系統(tǒng)就可以正常運行了。在此基礎(chǔ)上,還要增加必要的驅(qū)動程序的支持,以便各種硬件設(shè)備能夠高效能地發(fā)揮作用。典型的驅(qū)動程序集合中包括了諸如控制臺終端、基本串、并行設(shè)備、包含了根文件系統(tǒng)的塊設(shè)備的存儲設(shè)備驅(qū)動以及其他特殊設(shè)備的驅(qū)動程序等。

  μClinux操作系統(tǒng)的核心技術(shù)環(huán)節(jié)剖析

  在GNU通用公共許可證的授權(quán)下,μClinux操作系統(tǒng)的用戶可以使用幾乎所有Linux的API函數(shù),不會因為沒有內(nèi)存管理單元MMU而受到影響;而且,μClinux在標(biāo)準(zhǔn)的Linux基礎(chǔ)上進(jìn)行了適當(dāng)?shù)牟眉艉蛢?yōu)化,形成了一個高度優(yōu)化的、代碼緊湊的嵌入式Linux,體積小了,但是仍然保留了Linux的大多數(shù)的優(yōu)點,比如穩(wěn)定性好、強大的網(wǎng)絡(luò)功能、良好的可移植性、完備的文件系統(tǒng)支持功能、以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的應(yīng)用程序接口API等,可以支持類似ARM7TDMI等類型多的小巧玲瓏的中央處理器。下面對μClinux二此開法過程中涉及到的主要功能部件以及各部分的技術(shù)內(nèi)涵,進(jìn)行較為深入的分析和討論,以便網(wǎng)絡(luò)管理人員在應(yīng)用μClinux進(jìn)行系統(tǒng)功能擴展時參考:

 ?。?)系統(tǒng)加載模塊,該模塊又稱BootLoader。它是負(fù)責(zé)μClinux操作系統(tǒng)內(nèi)核啟動的基本功能模塊。具體來說,該功能模塊可以完成建立uCLinux內(nèi)核運行環(huán)境和從閃存Flash中裝載初始化內(nèi)核鏡象。

 ?。?)系統(tǒng)內(nèi)核初始化模塊,該模塊又稱SystemInit。啟動μClinux內(nèi)核時,首先受到調(diào)用的功能函數(shù)是StartKernel()函數(shù)。該函數(shù)的主要任務(wù)是初始化內(nèi)核的其他部分。具體包括:捕獲終端請求IRQ、進(jìn)程調(diào)度、設(shè)備驅(qū)動程序加載、標(biāo)定延遲循環(huán),進(jìn)而調(diào)用fork的"init"進(jìn)程,以啟動任務(wù)管理環(huán)境。

 ?。?)系統(tǒng)調(diào)用模塊,該模塊又稱為SystemCall模塊。在μClinux系統(tǒng)執(zhí)行完"init"程序后,內(nèi)核對程序流不再有直接的控制權(quán),它此后的作用僅限于處理捕獲到的中斷請求事件(例如硬件中斷),并為系統(tǒng)調(diào)用提供服務(wù)進(jìn)程。

  (4)設(shè)備驅(qū)動模塊,又稱為DeviceDriver模塊。在幾乎所有的操作系統(tǒng)中,設(shè)備驅(qū)動都占據(jù)大部分的系統(tǒng)空間,μClinux也不例外。同其他各類操作系統(tǒng)一樣,μClinux的設(shè)備驅(qū)動程序,為系統(tǒng)連接和控制的硬件設(shè)備與操作系統(tǒng)之間提供通訊接口。同時,各設(shè)備發(fā)出的中斷請求由系統(tǒng)調(diào)用模塊負(fù)責(zé)安排響應(yīng)時間,并提供服務(wù)程序的入口地址。

 ?。?)文件系統(tǒng),又稱為FileManagement模塊。任何一個操作系統(tǒng),包括μClinux在內(nèi),它們最重要的任務(wù)之一就是對多種文件系統(tǒng)進(jìn)行有效的管理。μClinux在文件管理方面具有很強的兼容性,很容易同其他操作系統(tǒng)共存、共享各類常用文件。特別值得推崇的是,μClinux可以透明地支持許多不同類型的文件系統(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。同時,μClinux還帶有一個完整的TCP/IP協(xié)議,可以支持各種流行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,方便用戶使用系統(tǒng)訪問網(wǎng)絡(luò)資源,是一個功能豐富、簡便易用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。

  μClinux下的系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

  了解了μClinux操作系統(tǒng)的基本技術(shù)細(xì)節(jié),對于網(wǎng)管人員在完成基本管理職能的基礎(chǔ)上,使用開發(fā)環(huán)境進(jìn)一步完善和提高自身的網(wǎng)絡(luò)管理技能,具有非常重要的指導(dǎo)意義。目前在具有嵌入式開發(fā)支持功能的路由器等網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品方面,經(jīng)常使用的μClinux開發(fā)平臺是GNU開發(fā)套件。

  該開發(fā)套件包括:

 ?。?)常規(guī)C編譯器GCC,可以使用標(biāo)準(zhǔn)C進(jìn)行系統(tǒng)功能的二次開發(fā)。

 ?。?)C++編譯器GCC++,可以使用面向?qū)ο箝_發(fā)模式完成系統(tǒng)功能的二次開發(fā)。

 ?。?)匯編器AS和鏈接LD,可以使用匯編語言進(jìn)行系統(tǒng)功能的二次開發(fā)。

 ?。?)其它工具軟件,包括:二進(jìn)制轉(zhuǎn)換工具(OBJCOPY,OBJDUMP),軟件調(diào)試工具(GDB.GD BSERVER,KGDB)和基于不同硬件平臺的開發(fā)庫。

  上述開發(fā)環(huán)境的技術(shù)特點如下:

 ?。?)代碼效率高。在GNU GCC/GCC++語言環(huán)境的支持下,用戶可以使用流行的C/C++語言開發(fā)應(yīng)用程序。該開發(fā)模式下,網(wǎng)絡(luò)管理人員可以輕松介入到開發(fā)工作中,并可以生成高效率運行代碼。

 ?。?)靈活性強。GNU開發(fā)工具都是采用命令行的方式,用戶掌握起來相對比較困難,不如基于Windows系統(tǒng)的開發(fā)工具好用,但是GNU工具的復(fù)雜性是由于它更貼近編譯器和操作系統(tǒng)的底層,并提供了更大的靈活性。

 ?。?)豐富的網(wǎng)上免費資源。上述工具都是按GPL版權(quán)聲明發(fā)布的,任何人都可以從網(wǎng)上免費獲取全部的源代碼,無需任何費用的投入,對于一般小型單位的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的提升可以起到投入少、見效快的神奇效果。GNU開發(fā)套件作為通用的Linux開放套件,包括一系列的開發(fā)調(diào)試工具。

 ?。?)易學(xué)易用。網(wǎng)絡(luò)管理人員一般都具有計算機以及相關(guān)專業(yè)的背景,都經(jīng)歷過軟件的初步培訓(xùn)過程,這些技術(shù)人員一旦學(xué)習(xí)和掌握了相關(guān)工具后,就可以掌握網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計和二次開發(fā)的基礎(chǔ)知識。運行于Linux操作系統(tǒng)下的自由軟件GNU gcc編譯器,不僅可以編譯Llnux操作系統(tǒng)下運行的應(yīng)用程序,還可以編譯Linux內(nèi)核本身,甚至可以作交叉編譯,編譯運行于其它CPU上的程序。
 


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