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详解嵌入式linux系统环境的构建

已有 561 次阅读| 2013-6-8 15:44

嵌入式系统目前主要有：Windows CE、VxWorks、QNX等，它们都具较好的实时性，系统可靠性，任务处理随机性等优点。但是它们的价格普遍偏高，很多开发商承受不起。因而，Linux操作系统成为嵌入式操作系统的首选，原因如下：

在精简内核在编译内核之前，首先要明确需要那些驱动和模块，然后只选择需要的驱动和模块，例如，如果系统不需要网络支持，则可以去掉网络模块。内核一般是以压缩方式存放的，在系统启动时会自行解压。内核都是常驻内存的，当需要调用应用程序时，再把需要的程序从磁盘调入内存运行。

构建内核常用的命令包括：

◆ make config：内核配置，调用 ./scripts/Configure 按照 arch/i386/config.in 来进行配置。

◆ make dep：寻找依赖关系。

◆ make clean：清除以前构建内核所产生的所有目标文件、模块文件、以及一些临时文件等。

◆ make：构核，通过各目录的Makefile 文件将会在各个目录下产生许多目标文件。如果内核没有错误，将产生文件vmlinux，这就是构建的内核。

◆ make zImage：在make 的基础上产生压缩的内核映象文件。/arch/$（ARCH）/boot/zImage 以及在 ./arch/$（ARCH）/boot/compresed/目录下产生临时文件。

◆ make bzImage：在make 的基础上产生压缩比例更大的内核映象文件。/arch/$（ARCH）/boot/bzImage 以及在 ./arch/$（ARCH）/boot/compresed/目录下产生临时文件。

◆ make modules：编译模块文件，在make config 时所配置的所有模块将在这时编译，形成模块目标文件，并把这些目标文件存放在modules 目录中。

◆ make modules_install：把上面编译好的模块目标文件放置在目录 ./lib/modules/$KERNEL_VERSION / 中。上面的编译内核是在没有改变源代码的情况下实现的，如果觉得源代码提供的功能在某些方面不能满足要求，就要修改源代码了。源代码中主要有以下几个关键部分：有关进程管理的task_struct 结构，这个结构几乎包括了与进程有关的所有文件内容，还有任务队列、时钟管理和中断管理，各种进程间的通信机制，内存管理中各种内存分配函数的实现，虚拟文件系统。

系统启动引导启动程序主要包括以下三个文件：bootsect.s，head.s和setup.s 这三个文件虽然都是汇编程序，但确使用了两种语法格式。 bootsect.s和setup.s 采用了近似于Intel的汇编语言语法，需要使用Intel 8086 汇编器和连接器 as86和ld86。 head.s 则使用了GUN的汇编格式，并且运行在保护模式下，需要用GUN的as 进行编译。这是一种AT&T语法的汇编语言格式。 Bootsect.s代码时磁盘引导块程序，驻留在磁盘的第一个扇区中，在PC机加电ROM-BIOS自检后，引导扇区由BIOS加载到内存0x7C00 处，然后将自己移动到内存0x90000处。该程序的主要作用是首先将setup模块（由setup.s编译的）从磁盘加载到内存紧接着bootsect 的后面位置（0x90200），然后利用BIOS中断0x13取磁盘参数表中当前启动引导盘的参数，接着在屏幕上显示 “Loading system…”字符串。再将system模块从磁盘上加载到内存0x10000开始的地方。随后确定根文件系统的设备号。

Setup程序的作用主要是利用ROM-BIOS中断读取机器系统数据，并将这些数据保存到0x90000开始的位置（覆盖了bootsect程序所在的地方）。然后setup程序将system模块从0x10000整块向下移动到内存绝对地址0x0000处，接下来加载中断描述符表寄存器（idtr）和全局描述表寄存器（gdtr）。开启A20地址线，重新设置两个中断控制芯片8259A，将硬件中断号重新设置为0x20-0x2f。最后设置CPU的控制寄存器CR0（也称机器状态字），从而进入32位保护模式进行，并跳转到位于system模块最前面部分的head.s程序继续运行。 Head.s程序在被编译后，会被连接成system模块的最前面开始部分，即头部（head）程序。从这里开始，内核完全都是在保护模式下运行了。这段程序实际上处于内存绝对地址0处开始的地方。这个程序功能比较单一，首先是加载各个数据段寄存器，重新设置中断描述符表idt，共256项。然后重新设置中断描述符表gdt，接下来检测A20地址线是不是开启了，再检测PC机是否含有数学协处理器芯片，然后设置管理内存的分页处理机制，最后利用返回指令将预先放置在堆栈中的/init/main.c程序的入口地址弹出，去运行main（）内核初始化程序。

设备驱动程序设备驱动程序在Linux内核中扮演着特殊的角色，它们是一个个独立的“黑盒子”，使某个特定的硬件响应一个定义良好的内部编程接口，同时完全隐藏了设备的工作细节。用户操作通过一组标准化的调用完成，而这些调用是和特定的驱动程序无关的。设备驱动程序提供的功能是同外设进行数据传送。设备包括三种类型：字符设备、块设备和网络接口。每个模块通常实现其中一种类型，相应地，模块可分为字符模块（char module）、块模块（block module）和网络模块（network module）三种。然而这种分类方式并不是十分严格，程序员可以构建一个大的模块，在其中实现不同类型的设备驱动程序。三种类型的设备如下：

字符模块字符设备是能够象字节流（比如文件）一样被访问的设备，由字符设备驱动程序来实现这种特性。字符设备驱动程序通常至少需要实现open、close、 read和write的系统调用。字符终端（dev/console）和串口（/dev/ttySO以及设备类型）就是字符设备的两个例子，它们能够用流抽象很好地表示。

块设备和字符设备一样，块设备也是通过/dev目录下的文件系统节点被访问的。块设备（例如磁盘）上能够容纳文件系统。在大多数Unix系统中，块设备包括整数个块，而每块包含1KB或2的几次幂字节的数据。Linux允许应用程序如字符设备那样读写块设备，可以一次传递任意多字节的数据。因而，块设备和字符设备的区别仅仅在于内核内部管理数据的方式，也就是内核和驱动程序的接口不同。块设备的接口必须支持挂装（mount）文件系统。

网络接口任何网络事务都要经过一个网络接口，即一个能够和其它主机交换数据的设备。通常接口是个硬件设备，但也可能是个纯软件设备，比如回环（loopback）接口。网络接口由内核中的网络子系统驱动，负责发送和接收数据包，它必须了解每项事务是如何映射到实际传送的数据包的。尽管Telnet和FTP连接都是面向流的，它们都使用了同一个设备，但这个设备看到的只是数据包，而不是独立的流。

在Linux里，除了直接修改系统内核的源代码，把设备驱动程序加进内核以外，还可以把设备驱动程序作为可加载的模块，由系统管理员动态的加载和卸载，使之成为内核的一部分。Linux的模块可以用C语言编写，用gcc编译成目标文件（不进行链接，作为*.o文件存在），为此需要在gcc命令行里加上-c 的参数。由于在不链接时，gcc只允许一个输入文件，因此一个模块的所有部分都必须在一个文件里实现。编译好的模块*.o放在 / lib / modules / xxxx/misc下（xxxx表示内核版本），然后用depmod -a使此模块成为可加载模块。模块用insmod命令加载，用rmmod命令来卸载，并可以用lsmod命令来察看所有已经加载的模块的状态。编写模块时必须提供两个函数，一个是init_module（void），供insmod在加载的时候自动调用，负责进行设备驱动程序的初始化工作。Init_module返回0表示初始化成功，返回负数表示失败。另一个函数是void cleanup_module（void），载模块卸载时调用，负责进行设备驱动程序的清除工作。在成功的向系统注册了设备驱动程序后（调用register_chrdev成功后），就可以用mknod命令来把设备映射成一个特别文件，其它程序社用这个设备的时候，只要对此特别文件进行操作就可以了。

转自：嵌入式培训网，更多相关：http://emb.sunplusedu.com/questions/