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嵌入式操作系统uCLinux

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

作者Email:cuiwj181#sohu.com
  摘要:本文将分析嵌入式操作系统uClinux的内核结构、、内存管理、多进程处理、针对实时性的解决方案和开发环境,先对uCLinux有一个深刻的认识,将有利于今后进一步研究开发。
  
  关键词:uCLinux,内存管理,多进程处理,RTLinux,开发环境
  
  1引言
  
  嵌入式操作系统是嵌入式系统的灵魂,而且在同一个硬件平台上可以嵌入不同的嵌入式操作系统。比如ARM7TDMI内核,可以嵌入Nucleus、VxWorks、uClinux等操作系统。在此主要对uClinux的进行介绍,嵌入式uClinux操作系统主要有三个基本部分组成:引导程序、uClinux内核(由内存管理、进程管理和中断处理等构成)和文件系统。uClinux可以通过定制使内核小型化,还可以加上GUI(图形用户界面)和定制应用程序,并将其放在ROM、RAM、FLASH或DiskOnChip中启动。由于嵌入式uClinux操作系统的内核定制高度灵活性,开发者可以很容易地对其进行按需配置,来满足实际应用需要。又由于uClinux是源代码公开,因此开发人员只有了解内核原理就可以自己开发部分软件,例如增加各类驱动程序。下面将详细分析嵌入式操作系统uClinux。
  
  2嵌入式uCinux内核结构
  
  uClinux内核结构如图1所示:
  
  
  
  图1代表了内核的功能结构,与Linux基本相同,不同的只是对内存管理和进程管理进行改写,以满足无MMU处理器的要求。uClinux是Linux操作系统的一种,是由Linux2.0内核发展来的,是专为没有MMU的微处理器(如ARM7TDMI、Coldfire等)设计的嵌入式Linux操作系统。另外,由于大多数内核源代码都被重写,uClinux的内核要比原Linux2.0内核小的多,但保留了Linux操作系统的主要优点:稳定性,优异的网络能力以及优秀的文件系统支持。
  
  3uClinux的内存管理
  
  uClinux同标准Linux的最大区别就在于内存管理。标准Linux是针对有MMU的处理器设计的。在这种处理器上,虚拟地址被送到MMU,MMU把虚拟地址映射为物理地址。通过赋予每个任务不同的虚拟—物理地址转换映射,支持不同任务之间的保护。对于uCLinux来说,其设计针对没有MMU的处理器,不能使用处理器的虚拟内存管理技术。
  
  uClinux不能使用处理器的虚拟内存管理技术(应该说这种不带有MMU的处理器在嵌入式设备中相当普遍)。
  
  uClinux仍采用存储器的分页管理,系统在启动时把实际存储器进行分页。在加载应用程序时程序分页加载。但是由于没有MMU管理,所以实际上uClinux采用实存储器管理策略(realmemeorymanagement)。这一点影响了系统工作的很多方面。
  
  uClinux系统对于内存的访问是直接的,(它对地址的访问不需要经过MMU,而是直接送到地址线上输出),所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。操作系统对内存空间没有保护(这实际上是很多嵌入式系统的特点),各个进程实际上共享一个运行空间(没有独立的地址转换表)。
  
  一个进程在执行前,系统必须为进程分配足够的连续地址空间,然后全部载入主存储器的连续空间中。与之相对应的是标准Linux系统在分配内存时没有必要保证实际物理存储空间是连续的,而只要保证虚存地址空间连续就可以了。此外磁盘交换空间也是无法使用的,系统执行时如果缺少内存将无法通过磁盘交换来得到改善。
  
  uClinux对内存的管理减少同时就给开发人员提出了更高的要求。如果从易用性这一点来说,uClinux的内存管理是一种倒退,退回了到了UNIX早期或是Dos系统时代。开发人员不得不参与系统的内存管理。从编译内核开始,开发人员必须告诉系统这块开发板到底拥有多少的内存(假如你欺骗了系统,那将在后面运行程序时受到惩罚),从而系统将在启动的初始化阶段对内存进行分页,并且标记已使用的和未使用的内存。系统将在运行应用时使用这些分页内存。
  
  由于应用程序加载时必须分配连续的地址空间,而针对不同硬件平台的可一次成块(连续地址)分配内存大小限制是不同(目前针对EZ328处理器的uClinux是128k,而针对Coldfire处理器的系统内存则无此限制),所以开发人员在开发应用程序时必须考虑内存的分配情况并关注应用程序需要运行空间的大小。另外由于采用实存储器管理策略,用户程序同内核以及其它用户程序在一个地址空间,程序开发时要保证不侵犯其它程序的地址空间,以使得

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