嵌入式操作系統(tǒng)的移植 以Linux系統(tǒng)移植為例摘要：本文簡述了嵌入式操作系統(tǒng)及其移植的目的，分析了嵌入式操作系統(tǒng)移植的過程與具體操作步驟，提供了移植過程中的剪裁方法，并介紹了多任務(wù)實時處理在軟件編程中的應(yīng)用。0引言隨著科技的發(fā)展，微機的硬件規(guī)模越來越大，功能越來越強，從而給運行嵌入式操作系統(tǒng)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。各種操作系統(tǒng)就此應(yīng)運而生。嵌入式操作系統(tǒng)，是一種運行在嵌入式硬件平臺上，對整個系統(tǒng)及其所操作的部件、裝置等資源進行統(tǒng)一配置、協(xié)調(diào)和控制的系統(tǒng)軟件，負責嵌入系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度工作，控制協(xié)調(diào)并發(fā)活動。與普通的操作系統(tǒng)相比，嵌入式操作系統(tǒng)主要有微型化、可裁剪性、高可靠性、易一致性幾個不同點。按應(yīng)用范圍劃分，有通用型和專用型兩種。通用型可用于多種應(yīng)用環(huán)境，如：WindowsCE、VxWorks、MLinux以及M7OSTI等；專用型則有Symbian、PlamOS等。1嵌入式操作系統(tǒng)移植的目的在電子技術(shù)高速發(fā)展的今天，單片機嵌入式技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。嵌入式實時操作系統(tǒng)在目前的嵌入式應(yīng)用中，尤其在功能復(fù)雜、系統(tǒng)龐大的應(yīng)用中也愈來愈重要，其能大大提高系統(tǒng)可靠性和開發(fā)效率。市場上單片機的品牌、種類、型號繁多，如：Inter公司的51系列單片機、德州儀器(TI)的TMS370和MSP430兩大系列通用單片機等。由于嵌入式操作系統(tǒng)的可移植性，我們只需對嵌入操作系統(tǒng)做一些修改，就可以使其運行在不同的硬件平臺上，幫助我們?nèi)ス芾砗涂刂撇煌挠布Y源和調(diào)度任務(wù)。這個修改的過程就可以稱作移植，對于嵌入式操作系統(tǒng)在實際工程中的推廣應(yīng)用有著重要的意義。由于嵌入式系統(tǒng)所使用的芯片型號多種多樣，很多芯片不能直接兼容，所以通過修改部分代碼，把能在甲芯片上運行的程序，也能在與之不完全兼容的乙芯片上正確運行，就叫移植。系統(tǒng)移植的概念也相近，只是涉及到的芯片更多。2嵌入式操作系統(tǒng)移植的方法及具體步驟對不同的操作系統(tǒng)，其移植方法不同。以下以Linux操作系統(tǒng)的移植為例進行說明。2.1移植準備在進行移植時，首要任務(wù)是建立一個最基本的開發(fā)環(huán)境。該環(huán)境具備一套跨平臺開發(fā)工具。它包含有編譯器、連接器、除錯器等，另外還要準備制作文檔系統(tǒng)所需的軟件。以PC機作為宿主機構(gòu)建一套完整的交叉編譯系統(tǒng)來調(diào)試目標板。而在目標平臺上只需要準備一段開機程序，如Etherboot,Redboot等，此程序可以在除錯階段取得系統(tǒng)的映像(image)文件后啟動或者直接從Flashroom中來引導(dǎo)系統(tǒng)。一旦啟動后就進入Linux操作系統(tǒng)，同時也可以使用GDBserver作為遠端除錯工具。2.2移植過程及具體操作步驟Linux操作系統(tǒng)的移植總共三大部分：內(nèi)核的重新編譯，bootloader的重新編譯和根文件系統(tǒng)的移植。主要有以下幾個過程：（1） 內(nèi)核配置（2） 體系結(jié)構(gòu)相關(guān)代碼修改（3） 連接腳本（4） 中斷處理（5） 加載文件系統(tǒng)（6） 編寫驅(qū)動程序（7） 編譯文件系統(tǒng)2.2.1內(nèi)核的重新編譯為了使Linux內(nèi)核能在不同的目標平臺上運行，需要根據(jù)平臺的處理器類型和外圍接口，對Linux內(nèi)核文件進行正確的配置。如果修改完Linux的內(nèi)核文件，使其能在目標平臺上正確跑起來，那么整個移植過程就基本完成了。具體步驟如下：（1） 首先獲取某一版本的Linux內(nèi)核源碼，根據(jù)具體的目標平臺對源碼進行必要的改寫（主要是修改體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的部分）；（2） 添加一部分外設(shè)驅(qū)動（如網(wǎng)卡驅(qū)動、USB驅(qū)動），打造一款適合于目標平臺的新的操作系統(tǒng)，也就是常說的內(nèi)核配置或內(nèi)核定制；（3） 對該系統(tǒng)進行針對目標平臺的交叉編譯，生成一個內(nèi)核映象文件；（4） 最后通過一些手段將該映象燒寫到目標平臺中。2.2.2bootloader的重新編譯bootloader的重新編譯一般分為兩個階段：（1） 根據(jù)開發(fā)板的硬件資料做一些初始化的工作（匯編）：初始化PLL；初始化存儲空間，SDRAM,地址空間分配；初始化串口，LED等基本調(diào)試硬件；設(shè)置系統(tǒng)運行模式，設(shè)置各種模式的堆棧。（2） 實現(xiàn)bootloader通用的一些功能：用戶界面（命令行）；串口驅(qū)動，網(wǎng)口驅(qū)動，usb驅(qū)動，flash驅(qū)動；下載協(xié)議xmoden,tftp；下載功能（內(nèi)核，ramdisk等），燒寫flash。2.2.3根文件系統(tǒng)的移植移植根文件系統(tǒng)需要文件：busybox-1.13.4.tar.bz2（1） 解壓busybox-1.13.4.tar.bz2（2） 編輯Makefile文件（3） 進行默認配置（4） 對配置信息進行修改（5） 編譯（6） 對配置信息進行修改（7） 創(chuàng)建配置文件（8） 復(fù)制常用的庫文件3移植過程中的剪裁方法3.1進行方式進行方式必須高效地建立系統(tǒng)，基本可行的方法有兩種：從其中一個發(fā)行版本中把不必要的部份全部刪掉，留下我們想要的系統(tǒng)。把系統(tǒng)所有的功能依規(guī)格從新建立起來。3.2開發(fā)環(huán)境要建立一個最基本的開發(fā)環(huán)境，必須具備一套跨平臺的開發(fā)工具(CrossDevelopmentKit)，包含有編譯器，連接器，調(diào)試器等。另外還要準備制作文件系統(tǒng)所需的程序。而在目標平臺上，只需準備一段系統(tǒng)開機程序，如etherboot，redboot等。此程序可以在調(diào)試階段時，從網(wǎng)絡(luò)取得系統(tǒng)映像檔(image)后啟動，或是直接從閃存中，把系統(tǒng)啟動。一旦啟動后，就進入Linux的操作系統(tǒng)，同時亦可使用GDBserver作為遠端調(diào)試的工具。3.3開發(fā)過程首先要準備Linux的內(nèi)核，配上根目錄所在的文件系統(tǒng)，再加上守護進程程序和應(yīng)用程序等，經(jīng)過壓縮后，打包成一個含有內(nèi)核的映像文件。目標平臺透過網(wǎng)絡(luò)或閃存，取得映像文件后，進行解壓縮，經(jīng)過系統(tǒng)啟動，初始化后，就是一臺使用嵌入式Linux為操作系統(tǒng)的機器。4多任務(wù)實時處理在軟件編程中的應(yīng)用實時設(shè)計中，主要涉及到兩方面的問題：多任務(wù)實時處理的并發(fā)性與實時性以及其激活方式。所有的事件驅(qū)動和時間驅(qū)動都體現(xiàn)在設(shè)置相應(yīng)的任務(wù)標識和線程標識。當硬件環(huán)境一定時，依據(jù)這些標識，通過安排系統(tǒng)內(nèi)中斷響應(yīng)方式和調(diào)整任務(wù)調(diào)度算法，可以有效解決多任務(wù)并行問題，因為系統(tǒng)的實時性主要取決于這兩點。4.1并發(fā)性與實時性實時操作中的多任務(wù)引起的并發(fā)性和實時性，要求操作系統(tǒng)對資源分配具有更強的控制能力。通常的分配辦法是設(shè)立前臺與后臺兩個作業(yè)。前臺作業(yè)中包含實時采集、控制、處理有關(guān)的任務(wù)，任務(wù)優(yōu)先級較高；后臺作業(yè)一般是對數(shù)據(jù)進行分析、輸出數(shù)據(jù)、響應(yīng)操作員請求等任務(wù)，優(yōu)先級較低。后臺作業(yè)中與后臺作業(yè)并非完全孤立的；后臺作業(yè)所需數(shù)據(jù)由前臺作業(yè)存儲共享內(nèi)存區(qū)內(nèi)，作業(yè)之間通過共享存儲區(qū)進行數(shù)據(jù)交換。4.2激活方式實時任務(wù)總是由某個事件發(fā)生或時間條件滿足來激活。事件有兩種：內(nèi)部事件和外部事件。時間驅(qū)動也有兩種：按絕對時間驅(qū)動和按相對時間驅(qū)動。內(nèi)部事件驅(qū)動是指某一程序運行的結(jié)果導(dǎo)致另一任務(wù)的啟動，這個結(jié)果可能是數(shù)據(jù)滿足一定條件，也可能是釋放了某一資源；而最典型的實時任務(wù)是由外部事件驅(qū)動的。在實時系統(tǒng)中，外部事件發(fā)生有時是不可預(yù)測的，由外部事件驅(qū)動的任務(wù)一般是需要立即執(zhí)行的任務(wù)，