Linux操作系統(tǒng)成為嵌入式操作系統(tǒng)的因素
嵌入式系統(tǒng)通常進(jìn)行大量生產(chǎn)，所以單個(gè)的成本節(jié)約，能夠隨著產(chǎn)量進(jìn)行成百上千的放大。下面是小編收集的Linux操作系統(tǒng)成為嵌入式操作系統(tǒng)的因素，希望大家認(rèn)真閱讀!
在精簡(jiǎn)內(nèi)核在編譯內(nèi)核之前，首先要明確需要那些驅(qū)動(dòng)和模塊，然后只選擇需要的驅(qū)動(dòng)和模塊，例如，如果系統(tǒng)不需要網(wǎng)絡(luò)支持，則可以去掉網(wǎng)絡(luò)模塊 。內(nèi)核一般是以壓縮方式存放的，在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)會(huì)自行解壓。內(nèi)核都是常駐內(nèi)存的，當(dāng)需要調(diào)用應(yīng)用程序時(shí)，再把需要的程序從磁盤調(diào)入內(nèi)存運(yùn)行。
構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)-構(gòu)建內(nèi)核常用的命令包括：
make config：內(nèi)核配置，調(diào)用 ./scripts/Configure 按照 arch/i386/config.in 來(lái)進(jìn)行配置。
make dep：尋找依賴關(guān)系。
make clean：清除以前構(gòu)建內(nèi)核所產(chǎn)生的所有目標(biāo)文件、模塊文件、以及一些臨時(shí)文件等。
make rmproper：刪除所有因構(gòu)建內(nèi)核過(guò)程中產(chǎn)生的所有文件，把內(nèi)核恢復(fù)到最原始的狀態(tài)。
make：構(gòu)核，通過(guò)各目錄的Makefile 文件將會(huì)在各個(gè)目錄下產(chǎn)生許多目標(biāo)文件。如果內(nèi)核沒(méi)有錯(cuò)誤，將產(chǎn)生文件vmlinux，這就是構(gòu)建的內(nèi)核。
make zImage：在make 的基礎(chǔ)上產(chǎn)生壓縮的內(nèi)核映象文件./arch/$(ARCH)/boot/zImage 以及在 ./arch/$(ARCH)/boot/compresed/目錄下產(chǎn)生臨時(shí)文件。
make bzImage：在make 的基礎(chǔ)上產(chǎn)生壓縮比例更大的內(nèi)核映象文件./arch/$(ARCH)/boot/bzImage 以及在 ./arch/$(ARCH)/boot/compresed/目錄下產(chǎn)生臨時(shí)文件。
make modules：編譯模塊文件，在make config 時(shí)所配置的所有模塊將在這時(shí)編譯，形成模塊目標(biāo)文件，并把這些目標(biāo)文件存放在modules 目錄中。
make modules_install：把上面編譯好的模塊目標(biāo)文件放置在目錄 ./lib/modules/$KERNEL_VERSION/ 中。上面的編譯內(nèi)核是在沒(méi)有改變?cè)创a的情況下實(shí)現(xiàn)的，如果覺(jué)得源代碼提供的功能在某些方面不能滿足要求，就要修改源代碼了。源代碼中主要有以下幾個(gè)關(guān)鍵部分：有關(guān)進(jìn)程管理的task_struct 結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)幾乎包括了與進(jìn)程有關(guān)的所有文件內(nèi)容，還有任務(wù)隊(duì)列、時(shí)鐘管理和中斷管理，各種進(jìn)程間的通信機(jī)制，內(nèi)存管理中各種內(nèi)存分配函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，虛擬文件系統(tǒng)。
下面來(lái)論述了以Linux作為操作系統(tǒng)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，分析了以PC104卡和CompactFlash卡構(gòu)造帶圖形用戶界面(GUI)的Linux系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù). (構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng))
1) 硬件及軟件環(huán)境
Linux系統(tǒng)的硬件環(huán)境以PC104卡為核心，卡上集成美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司(NS Geode)GX1 300MHz CPU,SVGA/LCD/LAN接口以及增強(qiáng)型IDE硬盤接口，支持CompactFlash卡。硬盤和光驅(qū)接至PC104的IDE1口，設(shè)置跳線使硬盤為主設(shè)備(master)，光驅(qū)為從設(shè)備(slave)，CompactFlash裝在IDE2口，設(shè)為主設(shè)備，這樣Linux識(shí)別 CompactFlah卡為/dev/hdc,而硬盤和光驅(qū)分別為/dev/had,/dev/hdb.我的Linux開(kāi)發(fā)系統(tǒng)是Red Hat 7.2版，通過(guò)PC104上的光驅(qū)安裝在硬盤上。
CompactFlash卡容量為32M,如果系統(tǒng)的BIOS支持自動(dòng)檢測(cè)，應(yīng)該可以直接探測(cè)到它。如果不行的話，需要自己輸入卡的各項(xiàng)參數(shù)。確保不要帶電插拔CompactFlash卡，因?yàn)檫@可能導(dǎo)致卡上數(shù)據(jù)的丟失。由于像Red Hat或Mandrake這樣的Linux分發(fā)版體積龐大(如果帶X-Windows基本都在1G以上)，是不可能裝在容量只有32M的CompactFlash卡上的。目前有許多小型的嵌入式Linux版本，比較有名的有：
ETLinux — 設(shè)計(jì)用于在小型工業(yè)計(jì)算機(jī)，尤其是 PC/104 模塊上運(yùn)行的 Linux 的完全分發(fā)版。
LEM — 運(yùn)行在 386 上的小型(<8 MB)多用戶、網(wǎng)絡(luò) Linux 版本。
LOAF — "Linux On A Floppy"分發(fā)版,運(yùn)行在 386 上。
uClinux — 在沒(méi)有 MMU 的系統(tǒng)上運(yùn)行的 Linux。目前支持 Motorola 68K、MCF5206 和 MCF5207 ColdFire 微處理器。
出于深入了解Linux系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境和機(jī)制的想法，建議自己構(gòu)建Linux系統(tǒng)，這對(duì)于將來(lái)系統(tǒng)內(nèi)核版本的升級(jí)和應(yīng)用功能的拓展很有好處。選擇Red Hat 7.2的Linux版本。
2) 系統(tǒng)分區(qū)和格式化
首先，需要在CompactFlash卡上建立分區(qū)和格式化，在Linux下用fdisk命令可以在CompactFlash卡上創(chuàng)建分區(qū)，命令格式為fdisk /dev/hdc,然后用mke2fs命令創(chuàng)建ext2文件系統(tǒng).
系統(tǒng)分區(qū)和格式化
3)構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)-編譯內(nèi)核
接下來(lái)要做的事情是編譯一個(gè)自己的內(nèi)核。內(nèi)核負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的進(jìn)程、內(nèi)存、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、文件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，決定著系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。從技術(shù)上而言， Linux 是一個(gè)內(nèi)核，而且只是一個(gè)內(nèi)核。其余我們通常稱之為 "Linux" (例如一個(gè) shell 和編譯器)的部分實(shí)質(zhì)上只是整個(gè)軟件包的一部分，它們從技術(shù)上而言是與 Linux (內(nèi)核)分開(kāi)的。選擇與開(kāi)發(fā)系統(tǒng)一樣的內(nèi)核版本2.4.7，在Linux內(nèi)核版本發(fā)布的官方的網(wǎng)站上可以找到內(nèi)核源代碼。在編譯內(nèi)核的時(shí)候，由于內(nèi)核是在特定的機(jī)器上使用的，所以應(yīng)該對(duì)機(jī)器的情況了如指掌。
另一方面，為了降低過(guò)高的復(fù)雜性，可以不用kernel module支持，把所有需要的東西直接編譯到內(nèi)核里。IDE支持是必不可少的，因?yàn)長(zhǎng)inux認(rèn)CompactFlash卡為IDE硬盤，F(xiàn)rame buffer的支持也是必要的，這來(lái)源于GUI系統(tǒng)—MiniGUI的要求，網(wǎng)絡(luò)支持可以不要，但是如果認(rèn)為顯示屏將來(lái)有這方面的要求也可以把它加上。
4) 構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)-創(chuàng)建根文件系統(tǒng)(Root Filesystem)
在編譯好內(nèi)核后，需要在CompactFlash卡上創(chuàng)建根文件系統(tǒng)。每臺(tái)機(jī)器都有根文件系統(tǒng)(一般在本地盤中，當(dāng)然也可以在RAM盤或網(wǎng)絡(luò)盤中)，它包含系統(tǒng)引導(dǎo)和使其他文件系統(tǒng)得以mount所必要的文件，根文件系統(tǒng)應(yīng)該有單用戶狀態(tài)所必須的足夠的內(nèi)容。還應(yīng)該包括修復(fù)損壞系統(tǒng)、恢復(fù)備份等的工具。
如果有一個(gè)任務(wù)比其它任務(wù)更能簡(jiǎn)化從頭構(gòu)建 Linux 根文件系統(tǒng)過(guò)程的話，那就是構(gòu)建和安裝 BusyBox 軟件包。BusyBox 是一個(gè)可執(zhí)行文件，它提供許多其它常用命令行工具的'功能，所有這些功能都合為一體。BusyBox 的文檔聲稱構(gòu)建一個(gè)有效系統(tǒng)所需要的全部就是 BusyBox 和"/dev、/etc 以及內(nèi)核"— 而且他們沒(méi)有開(kāi)玩笑。
Busybox 編譯出一個(gè)單個(gè)的獨(dú)立執(zhí)行程序，就叫做 busybox。但是它可以根據(jù)配置，執(zhí)行 ash shell 的功能，以及幾十個(gè)各種小應(yīng)用程序的功能。這其中包括有一個(gè)迷你的 vi 編輯器，系統(tǒng)不可或缺的 /sbin/init 程序，以及其他諸如 sed, ifconfig, halt, reboot, mkdir, mount, ln, ls, echo, cat ... 等等這些都是一個(gè)正常的系統(tǒng)上必不可少的。但是如果我們把這些程序的原件拿過(guò)來(lái)的話，它們的體積加在一起，讓人吃不消�？墒� busybox 有全部的這么多功能，大小也不過(guò) 100K 左右。而且，用戶還可以根據(jù)自己的需要，決定到底要在 busybox 中編譯進(jìn)哪幾個(gè)應(yīng)用程序的功能。這樣的話，busybox 的體積就可以進(jìn)一步縮小了。Busybox的具體編譯和配置方法請(qǐng)參閱Busybox的官方文檔，用戶可以在上找到.
系統(tǒng)啟動(dòng)后內(nèi)核調(diào)用的第一個(gè)進(jìn)程是/sbin/init。init進(jìn)程是系統(tǒng)所有進(jìn)程的起點(diǎn)，內(nèi)核在完成核內(nèi)引導(dǎo)以后，即在本線程(進(jìn)程)空間內(nèi)加載 init程序，它的進(jìn)程號(hào)是1。init程序需要讀取/etc/inittab文件作為其行為指針，inittab是以行為單位的描述性(非執(zhí)行性)文本，inittab文件至少應(yīng)該包含下面幾行：
::sysinit:/etc/init.d/rcS //運(yùn)行系統(tǒng)公共腳本
::respawn:/bin/sh //立即進(jìn)入shell環(huán)境
::ctrlaltdel:/bin/umount -a //捕捉Ctrl+Alt+Del快捷鍵，退出系統(tǒng)
由于init進(jìn)程第一個(gè)執(zhí)行的腳本文件是/etc/init.d/rcS，編輯rcS文件：
#! /bin/sh
mount -a
接著還需要編寫/etc/fstab文件：
proc /proc proc defaults 0 0
none /var/shm shm defaults 0 0
5) 安裝系統(tǒng)引導(dǎo)工具(boot loader)
現(xiàn)在CompactFlask卡上新的內(nèi)核已經(jīng)有了，文件系統(tǒng)也已經(jīng)建好了，接著要做的事情是安裝系統(tǒng)引導(dǎo)工具(boot loader)。目前可以選用的引導(dǎo)工具很多，象LILO或GRUB都是挺不錯(cuò)的，用戶可以按自己的喜好來(lái)選擇。在這里我們選用LILO，它在硬盤開(kāi)始的 MBR寫入引導(dǎo)代碼，這些代碼不經(jīng)過(guò)文件系統(tǒng)，直接從硬盤扇區(qū)號(hào)讀內(nèi)核映象(kernel image)裝入內(nèi)存。那么要如何安裝LILO呢?首先需要根據(jù)用戶系統(tǒng)的搭建情況編輯/etc/lilo.conf文件，下面是我的 /etc/lilo.conf文件，配有注釋，你可以根據(jù)自己的情況進(jìn)行更改，具體你可以參考LILO mini-HOWTO：
boot=/dev/hdc #從CompactFlash卡啟動(dòng)
disk=/dev/hdc
bios=0x80 #使BIOS認(rèn)CompactFlash卡為啟動(dòng)盤
delay=0 #可選，以秒為單位
vga=0x311 #可選，參照Frame buffer的配置
image=/boot/vmlinuz-2.4.7 #內(nèi)核文件位置
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