[转帖]uClinux操作系统移植

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来源：BIPLIP.com 作者：沈沙
（复旦大学电子工程系沈沙，欢迎转载，转载时请保留此行作者信息）
l uClinux简介
l 硬件体系结构简介
l 编译环境和编译工具。
l uClinux启动过程
l 系统源码的修改
1. uClinux简介
uClinux这个英文单词中u表示Micro，小的意思，C表示Control，控制的意思，所以uClinux就是Micro-Control-Linux，字面上的理解就是"针对微控制领域而设计的Linux系统"。
uclinux是一个源码开放的操作系统，面向没有MMU（Memory Management Unit）的硬件平台。它是linux的一个变种，主要的区别在于两者的内存管理机制和进程调度管理机制，同时为了适应嵌入式应用的需求，它的采用了romfs文件系统，并对linux上的c语言库glibc做了简化。
2. 硬件体系结构简介
运行uClinux的硬件平台主要包括如下几个部分：cpu(ARMv4指令集兼容)、uart、memory controller、定时器、flash存储器，sdram存储器，中断控制器和DMA。

3. 编译环境和编译工具
uclinux操作系统源码绝大部分是用c语言开发的，有一些与硬件直接相关的代码则用特定于某一CPU体系结构的汇编来实现。这些源码只能用GNU的gcc编译工具来进行编译、链接。
GNU gcc可以运行于Linux/Unix操作系统上。如果要在Windows平台上运行gcc，则必须安装Cygwin。Cygwin可以在Windows中安装一个linux的运行环境，这样就可以在windows下运行原本只能在linux下运行的程序。
为了在PC上编译得到运行于目标CPU上的操作系统内核，还必须安装一个合适的交叉编译器。Gcc 提供了现成的针对MIPS、ARM、M68K、Sharc、PowerPC的交叉编译器。如果没有现成的交叉编译器，则需要自行设计。GNU网站提供了一些如何开发新的交叉编译器的文章。开发一个新的编译器，一般需要如下几个步骤：
(1)、编写机器描述脚本。采用gcc的RTL(Register Tansfer Language)语言描述针对某一CPU体系结构的机器指令与寻址方式、CPU浮点处理方式、endianess、c语言中各种数据类型的位宽、寄存器的个数和使用规则、堆栈和函数调用规则等体系结构的细节。
(2)、设计代码生成器。Gcc在对c语言源文件进行了词法和语法分析后，将产生一种中间格式文件(intermediate representation)。为了把这种中间格式文件转化为针对具体CPU体系结构的机器码，需要自行设计一个代码生成器。
(3)、设计汇编器
(4)、设计链接器

4. uClinux启动过程
uClinux系统的启动可以分为两个步骤：
(1). 运行bootloader初始化程序
SRAM、SDRAM等存储设备属于挥发性的存储器，掉电以后其中的内容就会全部丢失，所以必须把操作系统的内核镜像存放在Flash等不挥发性存储介质上。但是操作系统在运行时，需要动态的创建一些如数据段、堆栈、页表（针对使用虚拟地址的操作系统）等内容，所以需要在RAM中运行操作系统。因此，就需要一个引导程序把操作系统的内核镜像从Flash存储器拷贝到RAM中，然后再从RAM中执行操作系统的内核。Bootloader就是可以完成这样一种功能的程序。
从本质上来讲，bootloader不属于操作系统内核。它采用汇编语言编写，因此针对不同的cpu体系结构，这一部分代码不具有可移植性。在移植操作系统时，这部分代码必须加以改写。
具体来讲，bootloader在系统启动时主要完成以下几项工作：
· 将操作系统内核从flash拷贝到sdram中，如果是压缩格式的内核，还要将之解压缩。
· 改写系统的memory map，原先flash起始地址映射为0地址，这时需要将RAM的起始地址映射为0。
· 设置堆栈指针并将bss段清零。将来执行c语言程序和调用子函数时要用到。
· 改变pc值，使得cpu开始执行真正的操作系统内核。
(2) 运行操作系统内核
bootloader程序执行完上述的各项工作后，通过一条跳转指令，转而执行ini目录下c语言源文件main.c中的函数start_kernel()。因为在此之前bootloader已经创建好一个初始化环境，
c函数可以开始执行了。整个操作系统内核的初始化工作从这里才算是真正开始。这个函数的长度比较短，代码如下：
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
asmlinkage void __init start_kernel(void)
{
char * command_line;
unsigned long mempages;
extern char saved_command_line[];
/*
* Interrupts are still disabled. Do necessary setups, then
* enable them
*/
lock_kernel();
printk(linux_banner);
setup_arch(&command_line);
printk("Kernel command line: %s\n", saved_command_line);
parse_options(command_line);
trap_init();
init_IRQ();
sched_init();
softirq_init();
time_init();
/*
* HACK ALERT! This is early. We're enabling the console before
* we've done PCI setups etc, and console_init() must be aware of
* this. But we do want output early, in case something goes wrong.
*/
console_init();
#ifdef CONFIG_MODULES
init_modules();
#endif
if (prof_shift) {
unsigned int size;
/* only text is profiled */
prof_len = (unsigned long) &_etext - (unsigned long) &_stext;
prof_len >>= prof_shift;
size = prof_len * sizeof(unsigned int) + PAGE_SIZE-1;
prof_buffer = (unsigned int *) alloc_bootmem(size);
}
kmem_cache_init();
sti();
calibrate_delay();
#ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
if (initrd_start && !initrd_below_start_ok &&
initrd_start < min_low_pfn setup_timer(),需要修改setup_timer()函数中的相关代码。
(4) 中断控制器相关。\uClinux\linux-2.4.x\arch\armnommu\irq.c
除了上述的代码，还有其他多处需要修改。在修改源代码时，可按照uclinux启动和执行顺序依次修改整个平台。熟悉linux内核源码结构对操作系统移植有很大帮助。