嵌入式Linux開(kāi)發(fā)

—內(nèi)核

2024/3/221主要內(nèi)容Linux內(nèi)核簡(jiǎn)介L(zhǎng)inux內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)Linux內(nèi)核目錄結(jié)構(gòu)ARM-Linux內(nèi)核啟動(dòng)分析ARM-Linux系統(tǒng)調(diào)用Linux內(nèi)核配置2024/3/222Linux內(nèi)核簡(jiǎn)介在計(jì)算機(jī)技術(shù)的開(kāi)展史上，Unix的出現(xiàn)是一個(gè)重要的里程碑。免費(fèi)源代碼Unix的兩大主流BSD版本的UnixSystemV版本的UnixPOSIX標(biāo)準(zhǔn)2024/3/223Linux內(nèi)核簡(jiǎn)介AndrewS.TanenbaumUnix商業(yè)版本缺乏實(shí)用性“類(lèi)Unix”--MinixLinusTorvalds公布于互聯(lián)網(wǎng)FSF支持GNU/LinuxGPL使自由軟件及其衍生產(chǎn)品繼續(xù)保持開(kāi)放狀態(tài)，從整體上促進(jìn)軟件的共享和重復(fù)使用實(shí)用的UnixLinux類(lèi)Unix--GNU2024/3/224Linux內(nèi)核簡(jiǎn)介L(zhǎng)inux版本的規(guī)定〔〕x介于0到9之間x標(biāo)志著內(nèi)核在設(shè)計(jì)上或?qū)崿F(xiàn)上的重大改變yy介于0到99之間yy偶數(shù)表示相對(duì)穩(wěn)定，已經(jīng)發(fā)行的版本yy奇數(shù)表示開(kāi)發(fā)中的版本zz介于0到99之間zz內(nèi)核增加內(nèi)容不是很多，改動(dòng)不大2024/3/225Linux內(nèi)核簡(jiǎn)介2024/3/226Linux內(nèi)核簡(jiǎn)介L(zhǎng)inux開(kāi)發(fā)過(guò)程基于天才的思想開(kāi)發(fā)而成基于Unix等各種操作系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)公開(kāi)的開(kāi)發(fā)過(guò)程是其最強(qiáng)大的生命力://2024/3/227Linux內(nèi)核簡(jiǎn)介主要發(fā)行商：2024/3/228Linux內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)2024/3/229Linux內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)概述內(nèi)核系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2024/3/2210Linux內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)概述2024/3/2211Linux內(nèi)核源代碼目錄概述2024/3/2212第一級(jí)文件結(jié)構(gòu)〔1〕init內(nèi)核初始化代碼

kernel內(nèi)核核心部分：進(jìn)程、定時(shí)、程序執(zhí)行、信號(hào)、模塊。。。

mm內(nèi)存管理

arch平臺(tái)相關(guān)代碼fs文件系統(tǒng)

net網(wǎng)絡(luò)代碼

2024/3/2213第一級(jí)文件結(jié)構(gòu)〔2〕ipc的進(jìn)程間通信

drivers設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

lib通用內(nèi)核函數(shù)

include頭文件（.h）

scripts生成內(nèi)核映像的外部程序Documentation有關(guān)內(nèi)核各個(gè)部分的通用解釋和注釋的文本文件2024/3/2214Arch平臺(tái)相關(guān)代碼文件arch平臺(tái)相關(guān)代碼i386IBM的PC體系結(jié)構(gòu)

alpha康柏的Alpha體系結(jié)構(gòu)

s390IBM的System/390體系結(jié)構(gòu)sparcSun的SPARC體系結(jié)構(gòu)sparc64Sun的Ultra-SPARC體系結(jié)構(gòu)mipsSGI的MIPS體系結(jié)構(gòu)ppcMotorola-IBM的基于PowerPC的體系結(jié)構(gòu)m68kMotorola的基于MC680x0的體系結(jié)構(gòu)arm基于ARM處理器的體系結(jié)構(gòu)2024/3/2215fs文件系統(tǒng)〔1〕ext2Linux本地的Ext2文件系統(tǒng)

nfs網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（NFS）

fat基于FAT的文件系統(tǒng)的通用代碼

vfat微軟的Windows文件系統(tǒng)(VFAT）

ntfs微軟的WindowsNT文件系統(tǒng)

umsdosUMSDOS文件系統(tǒng)

proc/proc虛擬文件系統(tǒng)

devpts/dev/pts虛擬文件系統(tǒng)

isofsISO9660文件系統(tǒng)（CD-ROM）

nfsd集成的網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)服務(wù)器

msdos微軟的MS-DOS文件系統(tǒng)

nls本地語(yǔ)言支持

smbfs微軟的Windows服務(wù)器消息塊（SMB）文件系統(tǒng)

2024/3/2216fs文件系統(tǒng)〔2〕

sysvSystemV、SCO、Xenix、Coherent和Version7文件系統(tǒng)

ufsUnixBSD、SunOs、FreeBSD、NetBSD、OpenBSD和NeXTStep文件系統(tǒng)

codaCoda網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)

adfsAcorn磁盤(pán)填充文件系統(tǒng)

qnx4QNX4OS使用不的文件系統(tǒng)

autofs目錄自動(dòng)裝載程序的支持

minixMINIX文件系統(tǒng)

hpfsIBM的OS/2文件系統(tǒng)

ncpfsNovell的Netware核心協(xié)議（NCP0affsAmiga的快速文件系統(tǒng)（FFS）

hfs蘋(píng)果的Macintosh文件系統(tǒng)

efsSGIIRIX的EFS文件系統(tǒng)

romfs只讀小文件系統(tǒng)

lockd遠(yuǎn)程文件鎖定的支持

2024/3/2217Drivers設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序〔1〕sound音頻卡設(shè)備

char字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

cdrom專(zhuān)用CD-ROM設(shè)備（除ATAPI和SCSI之外）

apl000富士的AP1000設(shè)備

sgiSGI的設(shè)備

acornAcorn的設(shè)備

block塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

scsiSCSI設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

net網(wǎng)卡設(shè)備

video視頻卡設(shè)備

isd0nISDN設(shè)備

macintosh蘋(píng)果的Macintosh設(shè)備

fc4光纖設(shè)備

misc雜項(xiàng)設(shè)備

paride從并口訪問(wèn)IDE設(shè)備的支持

joystick游戲桿

ftape磁帶流設(shè)備

hfmodem無(wú)線電設(shè)備

ip2IntelliPort的多端口串行控制器

2024/3/2218Drivers設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序〔2〕pciPCI總線的支持

nubus蘋(píng)果的MacintoshNubus的支持

dio惠普的HP300DIO總線的支持

pnp即插即用的支持

usb通用串行總線（USB）的支持

sbusSun的SPARCSBus的支持

zorroAmiga的Zorro總線的支持

tcSun的TurboChannel支持（尚未完成）

2024/3/2219Include頭文件〔.h〕asm-alpha康柏的Alpha體系結(jié)構(gòu)

asm-m68kMotorola-IBM的基于PowerPC的體系結(jié)構(gòu)

asm-s390IBM的System/390體系結(jié)構(gòu)

asm-sparc64Sun的Ultra-SPARC體系結(jié)構(gòu)

net網(wǎng)絡(luò)

linux內(nèi)核核心部分

asm-generic平臺(tái)無(wú)關(guān)低級(jí)頭文件

asm-i386IBM的PC體系結(jié)構(gòu)

asm-mipsSGI的MIPS體系結(jié)構(gòu)

asm-ppcMotorola-IBM的PowerPC體系結(jié)構(gòu)

asm-sparcSun的SPARC體系結(jié)構(gòu)

asm-arm基于ARM處理器的體系結(jié)構(gòu)

video視頻卡支持

lockd遠(yuǎn)程文件加鎖

nfsd集成的網(wǎng)絡(luò)文件服務(wù)器

sunrpcSun的遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用

byteorder字節(jié)交換函數(shù)

modules模塊支持

scsiSCSI支持

config定義內(nèi)核配置的宏所在的頭文件

2024/3/2220ARM-Linux內(nèi)核啟動(dòng)代碼分析

2024/3/2221Arm-linux的啟動(dòng)和初始化內(nèi)核的初始化是一個(gè)非常漫長(zhǎng)的過(guò)程，整個(gè)過(guò)程可以分為三個(gè)階段：第一個(gè)階段主要是找到Linux內(nèi)核的入口地址開(kāi)啟Cache和MMU，解壓縮內(nèi)核；第二個(gè)階段跳入C語(yǔ)言函數(shù)，調(diào)用大量的初始化函數(shù)，完成內(nèi)核的各種初始化；第三個(gè)階段是創(chuàng)立啟動(dòng)第一個(gè)內(nèi)核線程init()，完成各種外部設(shè)備的初始化；掛載根文件系統(tǒng)。2024/3/2222Arm-linux的啟動(dòng)和初始化—第一階段第一個(gè)階段主要是找到Linux內(nèi)核的入口地址開(kāi)啟Cache和MMU，解壓縮內(nèi)核；Linux/arch/arm/kernel/head.S/arch/arm/boot/compressed/misc.cdecompress_kernel()2024/3/2223第二個(gè)階段跳入C語(yǔ)言函數(shù)，調(diào)用大量的初始化函數(shù)，完成內(nèi)核的各種初始化；Linux/init/main.c輸出Linux版本信息〔printk(linux_banner)〕設(shè)置體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的環(huán)境(setup_arch())頁(yè)表結(jié)構(gòu)初始化(paging_init()，在setup_arch())中完成)Arm-linux的啟動(dòng)和初始化—第二階段2024/3/2224Arm-linux的啟動(dòng)和初始化〔1〕解析內(nèi)核命令行參數(shù)(parse_options())設(shè)置系統(tǒng)自陷入口(trap_init())初始化系統(tǒng)IRQ(init_IRQ())內(nèi)核進(jìn)程調(diào)度器機(jī)制初始化(sched_init())時(shí)間、定時(shí)器初始化(包括讀取CMOS時(shí)鐘，評(píng)測(cè)主頻和初始化定時(shí)器中斷等，time_init())軟中斷初始化(softirq_init())控制臺(tái)初始化(為輸出信息而先于PCI初始化，console_init())2024/3/2225Arm-linux的啟動(dòng)和初始化〔2〕可安裝模塊機(jī)制初始化(init_modules())釋放命令行和參數(shù)塊等占用的物理內(nèi)存，收集和計(jì)算出一些統(tǒng)計(jì)信息(mem_init())內(nèi)核cache初始化(kmem_cache_init())延時(shí)校準(zhǔn)(獲得時(shí)鐘jiffies與CPU主頻ticks的延遲，calibrate_delay())根據(jù)物理內(nèi)存大小，計(jì)算可創(chuàng)立線程〔包含進(jìn)程〕數(shù)量(fork_init())啟動(dòng)init過(guò)程，創(chuàng)立第一個(gè)內(nèi)核線程，調(diào)用init()函數(shù)。至此,start_kernel()結(jié)束，根本的內(nèi)核環(huán)境已經(jīng)建立起來(lái)2024/3/2226Arm-linux的啟動(dòng)和初始化—第三階段Init()的執(zhí)行總線初始化(比方pci_init())網(wǎng)絡(luò)初始化(sock_init())創(chuàng)立事件管理內(nèi)核線程，重命名為keventd(start_context_thread()).啟動(dòng)任何使用_initcall表示的函數(shù)，方便內(nèi)核開(kāi)發(fā)者添加啟動(dòng)函數(shù)(do_initcall())設(shè)備初始化，包括并口、字符設(shè)備、塊設(shè)備等。文件系統(tǒng)初始化(filesystem_setup())安裝root文件系統(tǒng)(mount_root())2024/3/2227ARM-Linux系統(tǒng)調(diào)用

2024/3/2228系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供的效勞，用戶程序通過(guò)各種系統(tǒng)調(diào)用，來(lái)引用內(nèi)核提供的各種效勞，系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行讓用戶程序陷入內(nèi)核。系統(tǒng)調(diào)用是應(yīng)用程序從用戶空間進(jìn)入內(nèi)核空間的唯一途徑。在x86處理器上，Linux系統(tǒng)調(diào)用是通過(guò)自陷指令“INT0x80”實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于ARM處理器，其自陷指令是swi或svc。2024/3/2229Linux內(nèi)核配置2024/3/2230Linux的模塊機(jī)制Linux中的可加載模塊是Linux內(nèi)核支持的動(dòng)態(tài)可加載模塊，它們是內(nèi)核的一局部，但是并沒(méi)有編譯到內(nèi)核中去。模塊可以單獨(dú)編譯成目標(biāo)代碼，以.o的目標(biāo)文件形式存在。它可以根據(jù)需要在系統(tǒng)啟動(dòng)后動(dòng)態(tài)加載到系統(tǒng)內(nèi)核中。當(dāng)模塊不再被需要時(shí)，可以動(dòng)態(tài)的卸載出系統(tǒng)內(nèi)核。Linux中大多數(shù)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序都以模塊形式存在。超級(jí)用戶可以通過(guò)insmod和rmmod命令將模塊裝入或卸載。2024/3/2231Linux內(nèi)核編譯為什么重新編譯內(nèi)核？Linux是一個(gè)自由軟件，內(nèi)核版本不斷更新，并增加了許多特性根據(jù)自身系統(tǒng)，定制更高效、更穩(wěn)定內(nèi)核的需要更新的版本支持更多的硬件，具備更好的進(jìn)程管理能力，運(yùn)行速度更快、更穩(wěn)定，并一般會(huì)修復(fù)老版本中的bug。經(jīng)常性地選擇升級(jí)更新的系統(tǒng)內(nèi)核是Linux使用者的必要操作內(nèi)容2024/3/2232Linux內(nèi)核編譯配置原那么正確合理設(shè)置內(nèi)核編譯配置選項(xiàng)的根本原那么自己定制編譯的內(nèi)核運(yùn)行更快〔具有更少的代碼〕不需要的功能編譯進(jìn)入內(nèi)核可能會(huì)增加被系統(tǒng)攻擊者利用的漏洞將某種功能編譯為模塊方式會(huì)比編譯到內(nèi)核內(nèi)的方式速度要慢一些2024/3/2233Linux內(nèi)核編譯模式把component編譯到內(nèi)核中(build-in)優(yōu)點(diǎn)：在內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)就可以自動(dòng)支持相應(yīng)局部的功能，這樣的優(yōu)點(diǎn)是方便、速度快，機(jī)器一啟動(dòng)，你就可以使用這局部功能了缺點(diǎn)：內(nèi)核變得肥大,不管你是否需要這局部功能，它都會(huì)存在,也是Windows慣用的招數(shù)把component編譯成模塊〔module〕，生成對(duì)應(yīng)的.o文件，動(dòng)態(tài)調(diào)用。優(yōu)點(diǎn)：不會(huì)使內(nèi)核過(guò)分龐大缺點(diǎn)：需要自己來(lái)調(diào)用這些模塊，速度相對(duì)會(huì)較慢2024/3/2234新版本內(nèi)核的獲取和更新linux內(nèi)核版本發(fā)布的官方網(wǎng)站發(fā)布形式：一種是full/Source版本，另外一種是patch文件，即補(bǔ)丁。完整內(nèi)核版本較大，一般是tar.gz或者是.bz2文件，二者分別是使用gzip或者bzip2進(jìn)行壓縮的文件，使用時(shí)需要解壓縮。patch文件那么比較小，一般只有幾十K到幾百K,但是patch文件是針對(duì)于特定的版本的，你需要找到自己對(duì)應(yīng)的版本才能使用。2024/3/2235內(nèi)核編譯根本知識(shí)〔1〕編譯內(nèi)核需要root權(quán)限一般把內(nèi)核拷貝到/usr/src/下，#cplinux-2.6.5.tar.gz/usr/src刪除該目前下存在的linux目錄鏈接解壓縮源代碼如果所下載的是.tar.gz〔.tgz〕文件#tar-zxvf如果所下載的是.bz2文件#tar-xvf2024/3/2236內(nèi)核編譯根本知識(shí)〔2〕文件解壓到/usr/src/linux目錄，然后稍作修改#mvlinux#ln-slinux-2.6.5linux如果下載的是patch文件，就可以進(jìn)行patch操作〔下面假設(shè)已經(jīng)位于/usr/src目錄下了，否那么你需要先把該文件拷貝到/usr/src下〕：

2024/3/2237內(nèi)核編譯步驟〔1〕通常要運(yùn)行的第一個(gè)命令是＃cd/usr/src/linux＃makemrproper該命令確保源代碼目錄下沒(méi)有不正確的.o文件以及文件的互相依賴。由于我們使用剛下載的完整的源程序包進(jìn)行編譯，所以本步可以省略。而如果你屢次使用了這些源程序編譯內(nèi)核，那么最好要先運(yùn)行一下這個(gè)命令。2024/3/2238內(nèi)核編譯步驟〔2〕確保/usr/include/目錄下的asm、linux和scsi等鏈接是指向要升級(jí)的內(nèi)核源代碼。它們分別鏈向源代碼目錄下的真正的、該計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)〔對(duì)于PC機(jī)來(lái)說(shuō)，使用的體系結(jié)構(gòu)是i386〕所需要的真正的include子目錄。如：asm指向/usr/src/linux/include/asm-i386等。假設(shè)沒(méi)有這些鏈接，就需要手工創(chuàng)立，按照下面的步驟進(jìn)行：#cd/usr/include/#rm-rasmlinuxscsi#ln-s/usr/src/linux/include/asm-i386asm#ln-s/usr/src/linux/include/linuxlinux#ln-s/usr/src/linux/include/scsiscsi這是配置非常重要的一局部。刪除掉/usr/include下的asm、linux和scsi鏈接后，再創(chuàng)立新的鏈接指向新內(nèi)核源代碼目錄下的同名的目錄。這些頭文件目錄包含著保證內(nèi)核在系統(tǒng)上正確編譯所需要的重要的頭文件2024/3/2239內(nèi)核編譯步驟〔3〕詳細(xì)配置內(nèi)核，配置內(nèi)核可以根據(jù)需要與愛(ài)好使用下面命令中的一個(gè)：#makeconfig〔基于文本的最為傳統(tǒng)的配置界面，不推薦使用〕#makemenuconfig〔基于文本選單的配置界面，字符終端下推薦使用〕#makexconfig〔基于圖形窗口模式的配置界面，Xwindow下推薦使用〕#makeoldconfig〔如果只想在原來(lái)內(nèi)核配置的根底上修改一些小地方，會(huì)省去不少麻煩〕2024/3/2240內(nèi)核編譯步驟〔4〕配置完后，存盤(pán)退出，當(dāng)然你也可以把現(xiàn)在的配置文件保存起來(lái)，這樣下次再配置的時(shí)候就省力氣了。接下來(lái)是編譯，輸入以下命令：#makedepmakedep實(shí)際上讀取配置過(guò)程生成的配置文件，來(lái)創(chuàng)立對(duì)應(yīng)于配置的依賴關(guān)系樹(shù)，從而決定哪些需要編譯而那些不需要2024/3/2241內(nèi)核編譯步驟〔5〕#makeclean完成刪除前面步驟留下的文件，以防止出現(xiàn)一些錯(cuò)誤#makebzImage或makezImage實(shí)現(xiàn)完全編譯內(nèi)核，二者生成的內(nèi)核都是使用gzip壓縮的，只要使用一個(gè)就夠了，它們的區(qū)別在于使用makebzImage可以生成大一點(diǎn)的內(nèi)核。2024/3/2242內(nèi)核配置主要工程簡(jiǎn)介〔1〕Codematurityleveloptions

這個(gè)選項(xiàng)的作用域是整個(gè)編譯配置空間，如果這里選中相應(yīng)的級(jí)別，不符合此條件的選項(xiàng)就不會(huì)在后面出現(xiàn)。這個(gè)選項(xiàng)是代碼的成熟程度的選擇，意思是如果你需要一個(gè)非常成熟穩(wěn)定的系統(tǒng)，那么有些新功能就不能使用，一個(gè)包含有新功能的系統(tǒng)就可能存在相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)?？梢愿鶕?jù)你自己的需求選擇。2024/3/22432024/3/2244內(nèi)核配置主要工程簡(jiǎn)介〔2〕Loadablemodulesupport

這個(gè)選項(xiàng)是你的內(nèi)核對(duì)內(nèi)核模塊的支持選項(xiàng)，包括是否支持和支持的一些配置等，選擇此項(xiàng)會(huì)使一些不常用到的驅(qū)動(dòng)或特性可以編譯為模塊以減少內(nèi)核的體積。2024/3/22452024/3/2246內(nèi)核配置主要工程簡(jiǎn)介〔3〕SystemType選擇對(duì)系統(tǒng)的支持，如什么樣的ARM內(nèi)核，什么樣的配置平臺(tái)等，如果使用不同的處理器其系統(tǒng)或是不同的內(nèi)核時(shí)此處的選項(xiàng)可能不同。2024/3/22472024/3/2248內(nèi)核配置主要工程簡(jiǎn)介〔4〕GeneralSetup這里是內(nèi)核本身的一些屬性的配置，包括壓縮方式，網(wǎng)絡(luò)支持等很多屬性。2024/3/22492024/3/2250內(nèi)核配置主要工程簡(jiǎn)介〔5〕Parallelportsupport這個(gè)選項(xiàng)顧名思義就是選擇內(nèi)核對(duì)并口的支持情況，中選中對(duì)并口支持后會(huì)出現(xiàn)新的選項(xiàng)來(lái)配置支持不同類(lèi)型不同模式的并口。2024/3/22512024/3/2252內(nèi)核配置主要工程簡(jiǎn)介〔6〕MemoryTechnologyDevices(MTD)對(duì)MTD設(shè)備的支持選項(xiàng)，這個(gè)選項(xiàng)對(duì)嵌入式系統(tǒng)比較重要，內(nèi)核對(duì)各種Flash的支持都在這里配置，包括種類(lèi)，分區(qū)等。2024/3/22532024/3/2254內(nèi)核配置主要工程簡(jiǎn)介〔7〕PlugandPlayconfiguration內(nèi)核對(duì)即插即用的支持選項(xiàng)，這個(gè)選項(xiàng)在嵌入式系統(tǒng)中極少使用。2024/3/22552024/3/2256內(nèi)核配置主要工程簡(jiǎn)介〔8〕Blockdevices

內(nèi)核對(duì)塊設(shè)備的支持選項(xiàng)，各種磁盤(pán)系統(tǒng)的支持2024/3/22572024/3/2258內(nèi)核配置主要工程簡(jiǎn)介〔10〕Networkingsupport對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的支持選項(xiàng)，通