源码开放的嵌入式系统分析与实践（嵌入式系统开发实例）

本文目录一览：

• 1、为什么说“由于Linux 的源代码开放性，它成为嵌入式操作系统领域的很好选择”？
• 2、求嵌入式前辈：关于嵌入式的比较详细的开发流程
• 3、介绍几种主流嵌入式操作系统的特点，并分析比较 哥们，我现在纠结这个问题，可以给点指点吗
• 4、嵌入式系统Linux内核开发实战指南的前言（序）

为什么说“由于Linux 的源代码开放性，它成为嵌入式操作系统领域的很好选择”？

首先要明白什么是嵌入式操作系统，嵌入式系统是与应用紧密结合的，具有很强专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。而源码开放的操作系统可以对内核进行适应硬件和功能的裁剪优化。达到嵌入式操作系统的要求

求嵌入式前辈：关于嵌入式的比较详细的开发流程

1.流程：明确需求-分析硬件软件可行性（速度，内存，算法等）-硬件选型-原理图设计，layout,制板（同时软件功能模块可开始）- 开发BSP(即所谓的启动程序，各硬件芯片的driver等)-放操作系统上去（如果需要的话）-软件模块加入-测试,，改bug-生产-over。

2.首先，小的功能的话，不需要操作系统，一般一个while(1)配合中断完事。

如果要移植，主要是修改与BSP层相连接的部分（如物理内存映射，启动点衔接等），然后在你的开发环境下编译过就行了。

3.移植后，你创建出来进程后，把你要跑的简单任务挂到进程中就行了。

即：进程主函数设为你的任务函数，这样进程跑起来后就是跑你的任务。

4.linux相对庞大，不易掌握，但功能强大；

ucos短小精悍，但对底层支持度不高。很适合学习时使用。

基本原理都是一样的。

5.心得：经验很重要，动手不动口。细心，勤于学习，多问，很多很多。

6.如有其他问题，随时Hi我。

介绍几种主流嵌入式操作系统的特点，并分析比较 哥们，我现在纠结这个问题，可以给点指点吗

如果你是学习阶段的话，那LINUX和UCOS-II是比较合适的

uc/os和uclinux操作系统是两种性能优良源码公开且被广泛应用的的免费嵌入式操作系统，可以作为研究实时操作系统和非实时操作系统的典范。本文通过对 uc/os和uclinux的对比，分析和总结了嵌入式操作系统应用中的若干重要问题，归纳了嵌入式系统开发中操作系统的选型依据。

两种开源嵌入式操作系统介绍

uc/os和uclinux操作系统，是当前得到广泛应用的两种免费且公开源码的嵌入式操作系统。uc/os适合小型控制系统，具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点，最小内核可编译至2k。uclinux则是继承标准linux 的优良特性，针对嵌入式处理器的特点设计的一种操作系统，具有内嵌网络协议、支持多种文件系统，开发者可利用标准linux先验知识等优势。其编译后目标文件可控制在几百k量级。

uc/os是一种免费公开源代码、结构小巧、具有可剥夺实时内核的实时操作系统。其内核提供任务调度与管理、时间管理、任务间同步与通信、内存管理和中断服务等功能。

uclinux是一种优秀的嵌入式linux版本。uclinux是micro-conrol-linux的缩写。同标准linux相比，它集成了标准linux操作系统的稳定性、强大网络功能和出色的文件系统等主要优点。但是由于没有mmu(内存管理单元)，其多任务的实现需要一定技巧。

两种嵌入式操作系统主要性能比较

嵌入式操作系统是嵌入式系统软硬件资源的控制中心，它以尽量合理的有效方法组织多个用户共享嵌入式系统的各种资源。其中用户指的是系统程序之上的所有软件。所谓合理有效的方法，指的就是操作系统如何协调并充分利用硬件资源来实现多任务。复杂的操作系统都支持文件系统，方便组织文件并易于对其规范化操作。

嵌入式操作系统还有一个特点就是针对不同的平台，系统不是直接可用的，一般需要经过针对专门平台的移植操作系统才能正常工作。进程调度、文件系统支持和系统移植是在嵌入式操作系统实际应用中最常见的问题，下文就从这几个角度入手对uc/os和uclinux进行分析比较。

进程调度

任务调度主要是协调任务对计算机系统内资源(如内存、i/o设备、cpu)的争夺使用。进程调度又称为cpu调度，其根本任务是按照某种原则为处于就绪状态的进程分配cpu。由于嵌入式系统中内存和i/o设备一般都和cpu同时归属于某进程，所以任务调度和进程调度概念相近，很多场合不加区分，下文中提到的任务其实就是进程的概念。

进程调度可分为"剥夺型调度"和"非剥夺型调度"两种基本方式。所谓"非剥夺型调度"是指：一旦某个进程被调度执行，则该进程一直执行下去直至该进程结束，或由于某种原因自行放弃cpu进入等待状态，才将cpu重新分配给其他进程。所谓"剥夺型调度"是指：一旦就绪状态中出现优先权更高的进程，或者运行的进程已用满了规定的时间片时，便立即剥夺当前进程的运行(将其放回就绪状态)，把cpu分配给其他进程

作为实时操作系统，uc/os是采用的可剥夺型实时多任务内核。可剥夺型的实时内核在任何时候都运行就绪了的最高优先级的任务。uc/os中最多可以支持64 个任务，分别对应优先级0~63，

其中0为最高优先级。调度工作的内容可以分为两部分：最高优先级任务的寻找和任务切换。

其最高优先级任务的寻找是通过建立就绪任务表来实现的。uc/os中的每一个任务都有独立的堆栈空间，并有一个称为任务控制块tcb(task control block)数据结构，其中第一个成员变量就是保存的任务堆栈指针。任务调度模块首先用变量 ostcbhighrdy记录当前最高级就绪任务的tcb地址，然后调用os_task_sw() 函数来进行任务切换。

uclinux的进程调度沿用了linux的传统，系统每隔一定时间挂起进程，同时系统产生快速和周期性的时钟计时中断，并通过调度函数(定时器处理函数)决定进程什么时候拥有它的时间片。然后进行相关进程切换，这是通过父进程调用fork 函数生成子进程来实现的。

uclinux系统fork调用完成后，要么子进程代替父进程执行(此时父进程已经 sleep)，直到子进程调用exit退出；要么调用exec执行一个新的进程，这个时候产生可执行文件的加载，即使这个进程只是父进程的拷贝，这个过程也不可避免。当子进程执行exit或exec后，子进程使用wakeup把父进程唤醒，使父进程继续往下执行。

uclinux由于没有mmu管理存储器，其对内存的访问是直接的，所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。操作系统队内存空间没有保护，各个进程实际上共享一个运行空间。这就需要实现多进程时进行数据保护，也导致了用户程序使用的空间可能占用到系统内核空间，这些问题在编程时都需要多加注意，否则容易导致系统崩溃。

由上述分析可以得知，uc/os内核是针对实时系统的要求设计实现的，相对简单，可以满足较高的实时性要求。而uclinux则在结构上继承了标准linux的多任务实现方式，仅针对嵌入式处理器特点进行改良。其要实现实时性效果则需要使系统在实时内核的控制下运行，rt-linux就是可以实现这一个功能的一种实时内核。

文件系统

所谓文件系统是指负责存取和管理文件信息的机构，也可以说是负责文件的建立、撤销、组织、读写、修改、复制及对文件管理所需要的资源(如目录表、存储介质等)实施管理的软件部分。

uc/os是面向中小型嵌入式系统的，如果包含全部功能(信号量、消息邮箱、消息队列及相关函数)，编译后的uc/os内核仅有6~10kb，所以系统本身并没有对文件系统的支持。但是uc/os具有良好的扩展性能，如果需要的话也可自行加入文件系统的内容。

uclinux则是继承了linux完善的文件系统性能。其采用的是romfs文件系统，这种文件系统相对于一般的ext2文件系统要求更少的空间。空间的节约来自于两个方面，首先内核支持romfs文件系统比支持ext2文件系统需要更少的代码，其次romfs文件系统相对简单，在建立文件系统超级块(superblock)需要更少的存储空间。romfs文件系统不支持动态擦写保存，对于系统需要动态保存的数据采用虚拟ram盘的方法进行处理(ram盘将采用ext2文件系统)。

uclinux还继承了linux网络操作系统的优势，可以很方便的支持网络文件系统且内嵌tcp/ip协议，这为uclinux开发网络接入设备提供了便利。

由两种操作系统对文件系统的支持可知，在复杂的需要较多文件处理的嵌入式系统中uclinux是一个不错的选择。而uc/os则主要适合一些控制系统。

操作系统的移植

嵌入式操作系统移植的目的是指使操作系统能在某个微处理器或微控制器上运行。uc/os和uclinux都是源码公开的操作系统，且其结构化设计便于把与处理器相关的部分分离出来，所以被移植到新的处理器上是可能的。

以下对两种系统的移植分别予以说明。

(1)uc/os的移植

要移植uc/os，目标处理器必须满足以下要求；

·处理器的c编译器能产生可重入代码，且用c语言就可以打开和关闭中断；

·处理器支持中断，并能产生定时中断；

·处理器支持足够的ram(几k字节)，作为多任务环境下的任务堆栈；

·处理器有将堆栈指针和其他cpu寄存器读出和存储到堆栈或内存中的指令。

在理解了处理器和c编译器的技术细节后，uc/os的移植只需要修改与处理器相关的代码就可以了。

具体有如下内容：

·os_cpu.h中需要设置一个常量来标识堆栈增长方向；

·os_cpu.h中需要声明几个用于开关中断和任务切换的宏；

·os_cpu.h中需要针对具体处理器的字长重新定义一系列数据类型；

·os_cpu_a.asm需要改写4个汇编语言的函数；

·os_cpu_c.c需要用c语言编写6个简单函数；

·修改主头文件include.h，将上面的三个文件和其他自己的头文件加入。

(2)uclinux的移植

由于uclinux其实是linux针对嵌入式系统的一种改良，其结构比较复杂，相对 uc/os，uclinux的移植也复杂得多。一般而言要移植uclinux，目标处理器除了应满足上述uc/os应满足的条件外，还需要具有足够容量(几百k字节以上)外部rom和ram。

uclinux的移植大致可以分为3个层次：

·结构层次的移植，如果待移植处理器的结构不同于任何已经支持的处理器结构，则需要修改linux/arch目录下相关处理器结构的文件。虽然uclinux内核代码的大部分是独立于处理器和其体系结构的，但是其最低级的代码也是特定于各个系统的。这主要表现在它们的中断处理上下文、内存映射的维护、任务上下文和初始化过程都是独特的。这些例行程序位于linux/arch/目录下。由于linux所支持体系结构的种类繁多，所以对一个新型的体系，其低级例程可以模仿与其相似的体系例程编写。

·平台层次的移植，如果待移植处理器是某种uclinux已支持体系的分支处理器，则需要在相关体系结构目录下建立相应目录并编写相应代码。如mc68ez328就是基于无mmu的m68k内核的。此时的移植需要创建 linux/arch/m68knommu/platform/ mc68ez328目录并在其下编写跟踪程序(实现用户程序到内核函数的接口等功能)、中断控制调度程序和向量初始化程序等。

·板级移植，如果你所用处理器已被uclinux支持的话，就只需要板级移植了。板级移植需要在linux/arch/?platform/中建立一个相应板的目录，再在其中建立相应的启动代码crt0_rom.s或crt0_ram.s和链接描述文档rom.ld或ram.ld就可以了。板级移植还包括驱动程序的编写和环境变量设置等内容。

结语

通过对uc/os和uclinux的比较，可以看出这两种操作系统在应用方面各有优劣。 uc/os占用空间少，执行效率高，实时性能优良，且针对新处理器的移植相对简单。uclinux则占用空间相对较大，实时性能一般，针对新处理器的移植相对复杂。但是，uclinux具有对多种文件系统的支持能力、内嵌了tcp/ip协议，可以借鉴linux丰富的资源，对一些复杂的应用，uclinux具有相当优势。例如cisco 公司的 2500/3000/4000 路由器就是基于uclinux操作系统开发的。总之，操作系统的选择是由嵌入式系统的需求决定的。简单的说就是，小型控制系统可充分利用uc/os小巧且实时性强的优势，如果开发pda和互联网连接终端等较为复杂的系统则uclinux是不错的选择。

还有就是如果从开发的工具方便好用，易用的角度来看，那些收费的系统用起来更爽一些

嵌入式系统Linux内核开发实战指南的前言（序）

2007年8月，我从上家公司辞职出来，放弃了刚上市公司骨干中层干部的职位，放弃了丰厚的待遇。

自1996年毕业以来，我一直从事嵌入式系统和Linux内核一线技术开发工作，我所承担的任务和项目基本都是由自己独立完成，即使担任了硬件部主管或技术总监职务，我对自己专长的工作仍是亲历亲为的。一方面，自己热爱这项工作，每攻克一个难题都能体验到莫大的成就感（相信技术工程师都有过这种体会）；另一方面，目前国内做嵌入式系统和Linux内核开发的工程师供不应求，水平高的更是奇缺，相关职位的待遇相对其他职位的偏高，少招一个新员工就为公司节省一笔开支，减轻一份负担，所以对于比较简单和事务性的工作我会安排给其他员工，而难度大的工作我几乎都亲自上阵。我习惯加班，来了兴致甚至通宵达旦，凭着这股干劲，经过多年实践积累，自己常能在短时间内解决很多人长时间没有解决的问题。在我工作中接触到Linux之初，为了更好更深入地学习嵌入式系统和Linux内核开发技能，我在业余时间自己花钱设计制作了MC68VZ328和S3C4510两种开发板以及简易JTAG下载、烧写线缆，并成功移植、固化Clinux到这两个开发板上——到目前为止，我已经在当今流行的各种嵌入式硬件平台（包括单片机、MC68K、PowerPC、ARM、MIPS、DSP）和嵌入式操作系统（包括VRTX、VxWorks、PSOS、Linux）上都做过实际开发工作，编写、移植或者调试过UART、Ethernet、I2C、HDLC+E1、LCD、Keyboard、VFD、SCSI、SATA、IDE、CVBS、VGA、PCI、USB等接口和设备的驱动程序。

在与Linux打交道的这么多年里，我一心想把这个开放源码的优秀操作系统吃透，并理所当然地觉得，随着时间的推移和所做项目的增多，自己一定会逐渐认识Linux内核的真实面目；可是一直以来，每当我想在脑海中对Linux内核各组件及其原理进行全面系统概括描述时却总是如鲠在喉，不得其解，这让我心里一直潜藏着一丝隐忧和茫然：由于不了解Linux内核原理，尽管自己能凭借10多年的工作经验通过适当方法很快把任务完成、把难题解决，但却不能在碰到难题一开始就从原理上把握应该从哪儿下手，怎样做、做什么，缺乏全局预见性和高瞻远瞩的能力，这种心中“没底”的感觉驱使我去更深入钻研、发掘，去力争做到心中“有底”；这也让我意识到，虽然经过10多年的勤奋工作，自己已经积累了足够的工作经验，不过由于平时很少阅读理论书籍和Linux内核源代码，Linux内核原理知识并没有像我原来想象的那样自然而然地装进自己的大脑，所以自己的理论水平仍然很欠缺，要想提高就必须经过一个艰苦的沉淀过程；由于平时工作忙、任务紧，我很少有时间来做系统的总结和归纳，在这种情况下，出于对公司和自己负责任考虑，我决定辞去工作，在家专心、系统研读Linux内核源代码，同时也对自己10多年的工作进行一次全面概括和总结。

我花了半年多时间阅读针对ARM处理器平台的Linux 2.6.10内核源代码，记了2000多页的源代码阅读笔记和心得。2008年4月，我在家坐不住想去找工作——辞职前，我常开车去兜风或带家人郊游，辞职后不久，为了节省支出，我把车卖了，这半年多时间里，我除了早晨出去锻炼外，一天难得出门，没有娱乐，没有朋友交流，没有旅游，这对于一个身处物欲横流的繁华都市闹市区的人来说会是一种怎样的生活体验呢？更何况对于英俊潇洒、才华横溢、热情好动的本人呢（）——于是我在脑海中总结半年多来的学习成果和收获，虽然感觉眼前比以前亮堂了许多，但仍是朦朦胧胧，似是而非，不得已只好强迫自己继续坐下去。我把以前的工作笔记、工作总结、自制的开发板全部找出来，又买了几本介绍Linux内核原理、驱动程序编写方面的理论书籍，把所有这些与半年多来阅读Linux 2.6内核源代码的笔记和心得进行交叉学习，相互印证，加深理解，同时对这些资料再次进行总结、归纳、记笔记、写心得；到2008年6月，当我再次回头清理头绪，翻看新的笔记时，顿然感觉Linux 2.6内核的轮廓渐渐清晰起来，我很兴奋并突发想象：何不将新的笔记、心得整理完善一下，那样不就可以编辑成一本介绍嵌入式系统硬件原理及软硬件设计流程与方法、嵌入式Linux内核原理及开发方法与技能、常见设备工作原理及其驱动程序的编写方法的完整的书了？联想到现在越来越多的年轻人开始热衷于嵌入式系统Linux内核开发这项高科技、高薪工作，却苦于找不到一本从实战出发全面深入介绍这方面技术的指导书，他们有的不惜花重金去参加培训，可是当这些培训后的部分人到我那面试时，我却发现他们所学甚浅，不懂原理，只知道操作流程，有的甚至连基本的流程都不熟悉；加上以前在一些嵌入式系统和Linux论坛中看到很多网友呼吁有经验的开发人员把自己的工作经验总结一下写出来供大家参考，这更让我有了写这本书的冲动。于是我又耐心坐了3个多月，继续总结、归纳、提炼、整理、完善，到了2008年9月，原来的笔记和心得就浓缩成了《嵌入式系统Linux内核开发实战指南（ARM平台）》，我也实现了一次自我超越，从“摸着石头过河”的尴尬与无奈走向了“不管风吹浪打，胜似闲庭信步”的潇洒与从容！