μClinux

　　μClinux的發(fā)展及特點(diǎn)

　　1991年，芬蘭大學(xué)生Linus Torvalds開發(fā)了一個(gè)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(fèi)獲得復(fù)制，因此Linux依然可以看做是一個(gè)免費(fèi)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(yùn)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(gè)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(diǎn)包括：

　　（1）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(diǎn)使得該系統(tǒng)在嵌入式開發(fā)領(lǐng)域具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。

　?。?）傳承了Linux的優(yōu)點(diǎn)。Linux 操作系統(tǒng)最突出優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)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(yùn)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(qiáng)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(kuò)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(kuò)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(shí)候，可以進(jìn)行方便的擴(kuò)展。

　?。?）提供強(qiáng)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(yùn)行，但為了使系統(tǒng)具有任務(wù)管理、存儲(chǔ)器管理、設(shè)備管理、事件管理、消息管理、隊(duì)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(tái)和實(shí)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(cuò)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(gè)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(jì)的處理器功能，操作系統(tǒng)就可以正常運(yùn)行了。在此基礎(chǔ)上，還要增加必要的驅(qū)動(dòng)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(dòng)程序集合中包括了諸如控制臺(tái)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(chǔ)設(shè)備驅(qū)動(dòng)以及其他特殊設(shè)備的驅(qū)動(dòng)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(huì)因?yàn)闆]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(gè)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(diǎn)，比如穩(wěn)定性好、強(qiáng)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(kuò)展時(shí)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(dòng)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(yùn)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(dòng)μClinux內(nèi)核時(shí)，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(dòng)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(dòng)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。

　?。?）設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)，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(shí)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(gè)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(qiáng)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(gè)完整的虛擬文件系統(tǒng)的形式呈現(xiàn)給用戶。同時(shí)，μClinux還帶有一個(gè)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(gè)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(tái)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)。

　　（2）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(tái)的開發(fā)庫。

　　上述開發(fā)環(huán)境的技術(shù)特點(diǎn)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(yùn)行代碼。

　?。?）靈活性強(qiáng)。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(fèi)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(fèi)獲取全部的源代碼，無需任何費(fèi)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(jì)算機(jī)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(jì)和二次開發(fā)的基礎(chǔ)知識(shí)。運(yùn)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(yùn)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(yùn)行于其它CPU上的程序。