1 引言

嵌 入式操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的靈魂，而且在同一個硬件平臺上可以嵌入不同的嵌入式操作系統(tǒng)。比如ARM7TDMI內(nèi)核，可以嵌入Nucleus、 VxWorks、uClinux等操作系統(tǒng)。在此主要對uClinux的進行介紹，嵌入式uClinux操作系統(tǒng)主要有三個基本部分組成：引導(dǎo)程序、 uClinux內(nèi)核（由內(nèi)存管理、進程管理和中斷處理等構(gòu)成）和文件系統(tǒng)。uClinux可以通過定制使內(nèi)核小型化，還可以加上GUI(圖形用戶界面)和 定制應(yīng)用程序，并將其放在ROM、RAM、FLASH或Disk On Chip中啟動。由于嵌入式uClinux操作系統(tǒng)的內(nèi)核定制高度靈活性，開發(fā)者可以很容易地對其進行按需配置，來滿足實際應(yīng)用需要。又由于 uClinux是源代碼公開，因此開發(fā)人員只有了解內(nèi)核原理就可以自己開發(fā)部分軟件，例如增加各類驅(qū)動程序。下面將詳細分析嵌入式操作系統(tǒng) uClinux。

2 嵌入式uCinux內(nèi)核結(jié)構(gòu)

uClinux內(nèi)核結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖 1代表了內(nèi)核的功能結(jié)構(gòu)，與Linux基本相同，不同的只是對內(nèi)存管理和進程管理進行改寫，以滿足無MMU處理器的要求。uClinux是Linux 操作系統(tǒng)的一種，是由Linux2.0內(nèi)核發(fā)展來的，是專為沒有MMU的微處理器（如ARM7TDMI、Coldfire 等）設(shè)計的嵌入式Linux操作系統(tǒng)。另外,由于大多數(shù)內(nèi)核源代碼都被重寫，uClinux的內(nèi)核要比原Linux 2.0內(nèi)核小的多, 但保留了Linux 操作系統(tǒng)的主要優(yōu)點：穩(wěn)定性，優(yōu)異的網(wǎng)絡(luò)能力以及優(yōu)秀的文件系統(tǒng)支持。

3 uClinux的內(nèi)存管理

uClinux 同標準Linux的最大區(qū)別就在于內(nèi)存管理。標準Linux是針對有MMU的處理器設(shè)計的。在這種處理器上，虛擬地址被送到MMU，MMU把虛擬地址映射 為物理地址。通過賦予每個任務(wù)不同的虛擬—物理地址轉(zhuǎn)換映射，支持不同任務(wù)之間的保護。對于uCLinux來說，其設(shè)計針對沒有MMU的處理器，不能使用 處理器的虛擬內(nèi)存管理技術(shù)。

uClinux不能使用處理器的虛擬內(nèi)存管理技術(shù)（應(yīng)該說這種不帶有MMU的處理器在嵌入式設(shè)備中相當(dāng)普遍）。

uClinux仍采用存儲器的分頁管理，系統(tǒng)在啟動時把實際存儲器進行分頁。在加載應(yīng)用程序時程序分頁加載。但是由于沒有MMU管理，所以實際上uClinux采用實存儲器管理策略(real memeory management)。這一點影響了系統(tǒng)工作的很多方面。

uClinux 系統(tǒng)對于內(nèi)存的訪問是直接的，（它對地址的訪問不需要經(jīng)過MMU，而是直接送到地址線上輸出），所有程序中訪問的地址都是實際的物理地址。操作系統(tǒng)對內(nèi)存 空間沒有保護（這實際上是很多嵌入式系統(tǒng)的特點），各個進程實際上共享一個運行空間（沒有獨立的地址轉(zhuǎn)換表）。

一 個進程在執(zhí)行前，系統(tǒng)必須為進程分配足夠的連續(xù)地址空間，然后全部載入主存儲器的連續(xù)空間中。與之相對應(yīng)的是標準Linux系統(tǒng)在分配內(nèi)存時沒有必要保證 實際物理存儲空間是連續(xù)的，而只要保證虛存地址空間連續(xù)就可以了。此外磁盤交換空間也是無法使用的，系統(tǒng)執(zhí)行時如果缺少內(nèi)存將無法通過磁盤交換來得到改 善。

uClinux 對內(nèi)存的管理減少同時就給開發(fā)人員提出了更高的要求。如果從易用性這一點來說，uClinux的內(nèi)存管理是一種倒退，退回了到了UNIX早期或是Dos系 統(tǒng)時代。開發(fā)人員不得不參與系統(tǒng)的內(nèi)存管理。從編譯內(nèi)核開始，開發(fā)人員必須告訴系統(tǒng)這塊開發(fā)板到底擁有多少的內(nèi)存（假如你欺騙了系統(tǒng)，那將在后面運行程序 時受到懲罰），從而系統(tǒng)將在啟動的初始化階段對內(nèi)存進行分頁，并且標記已使用的和未使用的內(nèi)存。系統(tǒng)將在運行應(yīng)用時使用這些分頁內(nèi)存。

由 于應(yīng)用程序加載時必須分配連續(xù)的地址空間，而針對不同硬件平臺的可一次成塊（連續(xù)地址）分配內(nèi)存大小限制是不同（目前針對EZ328處理器的 uClinux是128k，而針對Coldfire處理器的系統(tǒng)內(nèi)存則無此限制），所以開發(fā)人員在開發(fā)應(yīng)用程序時必須考慮內(nèi)存的分配情況并關(guān)注應(yīng)用程序需 要運行空間的大小。另外由于采用實存儲器管理策略，用戶程序同內(nèi)核以及其它用戶程序在一個地址空間，程序開發(fā)時要保證不侵犯其它程序的地址空間，以使得程 序不至于破壞系統(tǒng)的正常工作，或?qū)е缕渌绦虻倪\行異常。

從內(nèi)存的訪問角度來看，開發(fā)人員的權(quán)利增大了（開發(fā)人員在編程時可以訪問任意的地址空間），但與此同時系統(tǒng)的安全性也大為下降。此外，系統(tǒng)對多進程的管理將有很大的變化，這一點將在uClinux的多進程管理中說明。

4 uClinux的多進程處理