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关键词：嵌入式；μClinux；ARM
近年来随着信息家电和手持设备的应用，嵌入式系统得到了极大的发展。全球每年生产的CPU中有超过80％是应用于专用性很强的各类嵌入式系统，而最初，这类CPU仅进行一些简单的控制，系统大多在超级循环加中断的方式下工作，而随着32位高性能专用CPU的出现（如ARM），嵌入式系统能够适应复杂的控制，进行多任务的处理，极大的提升了效率。当然这一切还需嵌入式操作系统的支持。嵌入式Linux以其特有的魅力在市场中逐渐赢得了众
多用户的青睐，本文即介绍了μClinux的开发环境的组建流程，及应用程序和驱动程序的开发过程。
1 ARM－μClinux的简介
Linux是在90年代初出现，近几年渐受欢迎的操作系统，其最大特点是开放源代码。它原本被设计为桌面系统，现在广泛应用于服务器领域。而在嵌入式系统的领域中，linux逐渐成为新的热点。
μClinux即是目前嵌入式linux中最流行的一种。μClinux是Micro－Control－Linux的缩写，字面上的理解就是”针对微控制领域而设计的Linux系统”，它和标准的linux的区别，也即μClinux的小型化体现在以下几点：
首先，μClinux不支持MMU（内存管理单元），这是μClinux最显著的特征。μClinux采用实存储器管理策略进行存储器的分页管理，这有别于标准linux使用的虚拟存储器技术，从易用性上来说是一种倒退，因为这对开发人员提出了更多的要求。但是MMU需要相应的硬件支持，而在嵌入式系统中出于成本和应用的考虑，许多微控制器并没有相应支持MMU的硬件，所以没有MMU并不影响许多嵌入式系统选择μClinux操作系统。
其次，μClinux默认文件系统为romfs，相对于标准linux一般采用的ext2文件系统要求更少的空间，这主要体现在两个方面，一是内核支持romfs文件系统所需的代码相对更少；二是romfs本身比较简单，在建立文件系统超级块时所需存储空间较小。但是romfs不支持动态擦写保存。
再次，μClinux重写了程序库，对标准linux日益庞大的应用程序库和驱动程序库做了相应的删改。值得一提的是，μClinux对程序库采用静态连接的形式，这是由μClinux内存管理形式决定的。
由此，μClinux的容量有了大幅度的减小，整个操作系统的代码甚至小于900 K。即使如此，μClinux仍然保持了linux的主要优点，如稳定性，强大的网络功能和出色的文件系统支持等。同时μClinux已经成功移植到大部分嵌入式处理器中，国内已有公司成功推出带μClinux操作系统的产品。
在嵌入式领域中，32 bit嵌入式处理器的内核基本采用RISC指令集，其中以ARM公司的ARM核和MOTOROLA公司的68 K／COLDFIRE系列最为流行，而在手持设备领域上更是ARM核的天下。
本文对μClinux开发应用的简介即是基于μClinux－Samsung－20020318．tar＋readhat9．0＋arm－elf－tools－20030314．sh软件平台，配套的ARM芯片是三星4510。
2 开发平台的建立
建立μClinux的开发环境不外乎两种情况：一是购买商家发行的套件；二是利用网上资源自己组建。而后者省钱且能学到更多东西，是许多爱好者或学生的首选，下面列出自己组建步骤，以供参考：
1） 首先安装reahat9．0，具体见其他相关资料；
2） 在mac．os．nctu．edu．tw网站（台湾交大的一个专门针对sumsung4510芯片的μClinux网站）上下载源码，μClinux－Samsung－20020318．tar和arm－elf－tools－20030314．sh；
3） 然后解压文件：在redhat的终端中切换到源码目录下执行以下命令：
sh arm－elf－tools－20030314．sh ／／即安装ARM－GCC工具
tar xzfμClinux－Samsung－20020318．tar．gz ／／即解压源码
4） 编译内核：进到解开的μClinux目录中，依次执行以下命令：
make menuconfig在出现的对话框选中Samsung／4510B和uC－libc及其它所需选项
make dep
make clean
make lib－only
make user－only
make romfs
make image在这步会出现错误报告，可忽略继续下面的命令make
最后在／images目录下可看到二进制的内核文件，即image．ram和image．rom，前者是未经压缩的RAM版本内核，后者相反。把image．rom烧录到flash中，重新上电，在串口1中即可看到启动信息，串口的波特率为19 200。这样Arm－μClinux的开发环境就搭建成功。
3 μClinux的应用开发：
在实际项目开发中，对μClinux的应用开发集中在两个方面，即驱动程序和用户程序的编写。
μClinux的驱动程序库不可能包括实际项目系统中所有外围硬件的驱动，所以在应用开发中，编写驱动程序是一个重要步骤，驱动程序设计的好坏直接影响系统运行的稳定性和运行效率。而嵌入式操作系统的卓越功能最终是由应用程序体现出来的，所以应用程序的优劣是影响嵌入式产品的重要因素，稳定高效的应用程序取决于开发人员对μClinux系统的熟悉程度和自身的编程经验。下面对这两个方面作个简介：
A．驱动程序的编写：
设备驱动程序是内核和机器硬件之间的接口。
根据不同的设备驱动程序分为两类：字符设备和块设备；前者是直接读取数据，即I／O接口的请求直接被送到设备上；而后者的数据是通过内核缓冲区进行传输的！linux驱动程序的编译有两种方式：即静态编译进内核，和编译成模块供动态加载或卸载！由于μClinux不支持动态加载或卸载，故只能采取静态编译的方式！因为涉及到对硬件的操作而容易使系统崩溃，所以编写设备驱动程序时除了强调高效，同时还要求安全！
一个典型的驱动程序，大体上可以分为以下两个方面：
1） 注册设备：在系统初启时，必须将设备登记到相应的设备数组，例如 ：对于字符驱动设备来说，要使用register－chrdev（）来注册设备的驱动号，然后对这个设备的所有调用都用这个设备号来实现；
2） 定义功能函数：对于每一个驱动函数来说，都有一些和此设备密切相关的功能函数，就最常用的字符设备来说，都存在着诸如open（）、read（）、write（）、ioctrol（）这一类的操作。当系统调用这些操作时，将自动的使用file－operations结构中对应的函数来实现具体的操作；
在编写驱动程序前，不得不提file－operations这个结构，每个设备都有自己的file－operations结构，它定义了设备的基本入口点，即上面提到的功能函数。 下面以一个简单的演示例子，说明编写字符设备驱动程序的具体过程，设备取名为“test”，设备号定为254，当然这个设备并没有涉及真正的硬件，仅是从内核空间拷贝了一些特定数据到用户空间：
第一步：在目录／linux－2．4／drives／char编写源程序test．c，源码如下：
头文件和全局变量：
4） 修改vendor／Samsung／4510b／Makefile，建立设备节点：
在12－－－35行间，DEVICE部分添加如下内容test，c，254，0
5） make menuconfig，在character device选中testdevice
这样在重新编译的内核中，就包含了名为“test”的设备驱动，下面的例子是用于验证这个设备驱动程序的，至于怎样运行这个验证程序将在下面“应用程序的编写”一节中讲解：
B．应用程序的编写
在μCLinux的／user目录下提供许多资源供开发者参考。下面以上节提到的源程序为例，说明在
μCLinux中加入自己应用程序的过程。
第一步：首先在／user／目录下建立自己的文件夹如，取名apptest，然后在新建文件夹（apptest）下编辑自己的应用程序apptest．c（源码为上面的设备驱动验证程序），然后参照user目录下其他应用程序编写自己的makefile，同样保存在文件apptest下；
第二步：在／user／Makefile中适当位置加入下行语句：
dir－＄（CONFIG－USER－APPTEST－APPTEST）＋＝apptest
第三步：在／config／Configure．help的适当位置添加以下语句：
CONFIG－USER－APPTEST－APPTESTThis programdoes APPTESTthingsto your bars．
第四步：在／config／config．in的适当位置添加以下语句：
bool’apptest’CONFIG－USER－APPTEST－A－PPTEST
最后再重新编译内核，在make menuconfig时，选中自己的应用程序，完成后在／bin目录可以看见ap－ptest的可执行文件，通过控制台直接输入该文件名即可运行该程序！当然也可以在文件vendor／Sam－sung／4510B／rc中添加文件名apptest，重新编译，在uclinux启动后自动执行该应用程序！
4 结束语
嵌入式系统已逐渐成为后PC时代的主导，而嵌入式操作系统μClinux凭其出色的性能和广泛的技术支持应该有更广阔的应用前景。本文举例说明了μClinux的开发应用的过程，可作为入门指导。
参考文献
［1］ Alessandro Rubini和Jonathan Corbet著，魏永明等译LINUX设备驱动程序（第二版）中国电力出版社．2002年10月．
［2］ 邹思轶主编．嵌入式Linux设计与应用．清华大学出版社．2002．
［3］ 王学龙著．嵌入式Linux系统设计与应用．清华大学出版社．2001．
［4］ Rick Grehan，Robert Moote，lngo Cyliax著，许汝峰译．32位嵌入式系统编程．中国电力出版社．2001年3月．