嵌入式系統(tǒng)及其操作系統(tǒng)移植

嵌入式系統(tǒng)及Linux操作系統(tǒng)移植概述西安科技大學(xué)李巖松

目錄嵌入式系統(tǒng)定義1硬件構(gòu)成及工作原理2軟件構(gòu)成3移植概述4Chapter嵌入式系統(tǒng)1嵌入到特定對象體系中的專用計算機系統(tǒng)什么是嵌入式系統(tǒng)？集成度高非標準化接口復(fù)雜多樣工控飛控機控監(jiān)測服務(wù)業(yè)導(dǎo)航終端Smarthome遠程呼叫PDA所有的智能手機PAD小米手環(huán)機器人四旋翼飛機掃地機器人機械義肢典型應(yīng)用硬件構(gòu)成及運行原理2Chapter2.001CPU03INTERFACE05WORKINGPRINCIPLE02MEM04DEVICE2.1CPUCPU是一個嵌入式系統(tǒng)的核心，對系統(tǒng)的性能有很大的影響。ARM/MIPS:S3C24xx,STM32,RaspberryPiMCU:AT89xx,STC89xxFPGA:CycloneDSP:EPM71282.2MEMRAM:SRAM,DRAMROM:EPROM,EEPROMFLASH:NorFLASH,NandFLASH寄存器高速緩存SRAM主存儲器DRAM本地存儲器Flash、ROM、磁盤網(wǎng)絡(luò)存儲器Flash、ROM、磁盤時鐘周期01—1050—100200000002.3INTERFACE/BUSBUS三總線解構(gòu):Dbus:數(shù)據(jù)總線Abus:地址總線Cbus:控制總線

容量：512K字節(jié)；

數(shù)據(jù)寬度：16位；

工作電壓：3.3V；SRAM接口電路

——IS61LV25616IS61LV256162.4DEVICE傳感器是直接與物理世界接觸的感知器件，連接了片內(nèi)數(shù)字世界與外部的物理世界。是嵌入式系統(tǒng)的“感官”。地磁傳感器溫度傳感器濕度度傳感器加速度傳感器2.5運行原理2.5.1cpu內(nèi)部運行原理注意：（1）這幅圖使用于CISC解構(gòu)的馮·洛伊曼機。（2）此時的程序是編譯后的機器碼，可以理解為匯編指令。（3）微程序控制方式2.5.2微程序控制的指令運行微程序是計算機里面的“第一推動力”。流程是解釋任務(wù)的；程序（高級語言）是解釋流程的；指令是解釋程序的；微程序是解釋指令的；而門電路直接反映了微程序的意志。2.5.3接口技術(shù)/三總線的應(yīng)用這是一個8086利用3-8譯碼器控制DA芯片輸出特定波形的系統(tǒng)。從圖中可以看出，74LS138對于8086來說，端口地址是C0H~C3H（地址線）?？刂凭€IO/M參與地址譯碼，地址線A0，A1懸空，導(dǎo)致地址復(fù)用。（C0H~C3H都對應(yīng)74LS138）將74LS138的地址改為C0HA1A0軟件構(gòu)成3Chapter2023/2/53.1嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有時也叫板級支持包，是一個介于硬件與軟件之間的中間層次。硬件抽象層通過特定的上層接口與操作系統(tǒng)進行交互，向操作系統(tǒng)提供底層的硬件信息，并根據(jù)操作系統(tǒng)的要求完成對硬件的直接操作

HardwareAbstractionLayer：BSP&DeviceDriverSCSI

DriverFlashDriverMMU

DriverCache

DriverSerial

DriverEthernet

DriverDevice

Drivers支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件,它是嵌入式系統(tǒng)（包括硬、軟件系統(tǒng)）極為重要的組成部分，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動接口、通信協(xié)議、圖形界面、標準化瀏覽器Browser等HardwareIndependentSoftwareTCP/IPStackI/OSystemRTOSlibrariesRTOSKernelFileSystemBootLoader中間件位于操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件之間，屏蔽了各種操作系統(tǒng)提供不同應(yīng)用程序接口的事實，向應(yīng)用程序提供統(tǒng)一的接口，從而便于用戶開發(fā)應(yīng)用程序，同時也使應(yīng)用程序具有跨平臺的特性。

嵌入式應(yīng)用程序運行于操作系統(tǒng)之上，利用操作系統(tǒng)提供的機制完成特定功能的嵌入式應(yīng)用，不同的系統(tǒng)需要設(shè)計不同的嵌入式應(yīng)用程序。它是整個系統(tǒng)功能的體現(xiàn)，系統(tǒng)的能力總是通過應(yīng)用程序表現(xiàn)出來。一個嵌入式系統(tǒng)可簡單的沒有支撐軟件，甚至沒有操作系統(tǒng)，但卻不能沒有應(yīng)用軟件，否則它就不能成為一個系統(tǒng)。

3.2嵌入式操作系統(tǒng)的演變*PercentoftotalsoftwaresuppliedbyRTOSvendorinatypicalembeddeddevice10%*Kernel30%*KernelNetworkingFileSystem75%*KernelNetworkingFileSystemMultiprocessingMemoryManagementNetworkingUtilityWindowsAPIApplicationApplicationApplicationApplication90%*KernelNetworkingFileSystemMultiprocessingFaultToleranceDistributedObjectsAdvancedNetworkingAdvancedInterconnectJavaBrowser/GUI3.3嵌入式操作系統(tǒng)分類從應(yīng)用領(lǐng)域來分面向信息家電的嵌入式操作系統(tǒng)面向智能手機的嵌入式操作系統(tǒng)，如SymbianOS、MSMobileOS、PalmOS、EmbeddedLinux等面向汽車電子的嵌入式操作系統(tǒng)面向工業(yè)控制的嵌入式操作系統(tǒng)

……….從實時性的角度來分實時嵌入式操作系統(tǒng)：具有強實時特點，如VxWorks、QNX、Nuclear、OSE、DeltaOS、各種ITRONOS等。非實時嵌入式操作系統(tǒng)：一般只具有弱實時特點，如WinCE、版本眾多的嵌入式Linux、PalmOS等。從嵌入式系統(tǒng)的商業(yè)模式來分類商用型：功能穩(wěn)定、可靠，有完善的技術(shù)支持和售后服務(wù)，開發(fā)費用+版稅。開源型：開放源碼，只收服務(wù)費，沒有版稅。如Embeddedlinux，RTEMS，eCOS。3.4主流嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)的選擇免費,實時性好,過于簡單價格昂貴,實時性好價格較貴,實時性一般免費,實時性較差性能穩(wěn)定,硬件需求小,可剪裁MV-Linux

KURTRed-Linux

RT-Linux

WinCEVxworksμC/OS-Ⅱ

Linux

進行實時性改進單內(nèi)核改進方案雙內(nèi)核改進方案RTAI-Linux

價格較貴,實時性好,不方便移植不免費,實時性好,方便移植免費,實時性好,方便移植開源免費支持剪裁BLOB引導(dǎo)程序Linux內(nèi)核Rootfs根文件系統(tǒng)用戶應(yīng)用程序(GUI)

嵌入式Linux系統(tǒng)軟件平臺結(jié)構(gòu)圖設(shè)備驅(qū)動的編寫JFFS2,YAFFS,TMPFSQT圖形界面的建立ViviUbootRedbootBlob支持串口下載功能,代碼量小支持串口,網(wǎng)絡(luò)下載功能,代碼量大支持串口,網(wǎng)絡(luò)下載功能,代碼量最大支持串口,網(wǎng)絡(luò)下載功能,代碼量小BootLoaderBLOB引導(dǎo)程序Linux內(nèi)核Rootfs根文件系統(tǒng)用戶應(yīng)用程序(GUI)

嵌入式Linux系統(tǒng)軟件平臺結(jié)構(gòu)圖設(shè)備驅(qū)動的編寫JFFS2,YAFFS,TMPFSQT圖形界面的建立Linux內(nèi)核的組成

BLOB引導(dǎo)程序Linux內(nèi)核Rootfs根文件系統(tǒng)用戶應(yīng)用程序(GUI)

嵌入式Linux系統(tǒng)軟件平臺結(jié)構(gòu)圖設(shè)備驅(qū)動的編寫JFFS2,YAFFS,TMPFSQT圖形界面的建立ARM上Linux的文件系統(tǒng)設(shè)計根文件系統(tǒng):CRAMFS用戶文件系統(tǒng):YAFFS臨時文件系統(tǒng):Ramfs移植概述4Chapter4.1準備階段linuxkernellinux-2.6.14.1.tar.gzSkyeyeskyeye-1.2-RC8-3.tar.bz2toolchaincross-2.95.3.tar.bz2，也可以使用gcc，gdb，glibc，binutils等工具自己編譯產(chǎn)生。binuilsbinutils-2.16.tar.gzgccgcc-3.4.4.tar.bz2glibcglibc-2.3.5.tar.gzglibc-linuxthreads-2.3.5.tar.gzgdbgdb-5.2.tar.bz2u-bootu-boot1.1.4.tar.bz2Batch（補?。?/p>

ioperm.c.diff作用：打修正ioperm()函數(shù)

flow.c.diff作用：該補丁用于產(chǎn)生crti.o和crtn.o文件

t-linux.diff作用：修改gcc一處bug其他工具busybox-1.1.3.tar.gz01BootLoader03rootFS02Kernel4.2移植三部曲BootLoader是系統(tǒng)加電啟運行的第一段軟件代碼，PC機中的引導(dǎo)加載程序由BIOS（其本質(zhì)就是一段固件程序）和位于硬盤MBR中的引導(dǎo)程序一起組成。BIOS在完成硬件檢測和資源分配后，將硬盤MBR中的引導(dǎo)程序讀到系統(tǒng)的RAM中，然后將控制權(quán)交給引導(dǎo)程序。引導(dǎo)程序的主要運行任務(wù)就是將內(nèi)核映象從硬盤上讀到RAM中

然后跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的入口點去運行，也即開始啟動操作系統(tǒng)。每種不同的CPU體系結(jié)構(gòu)都有不同的BootLoader。啟動加載（Bootloading）模式下載（Downloading）模式01BootLoader03rootFS02Kernel修改Makefile設(shè)置PATH環(huán)境變量，使其可以找到交叉編譯工具鏈設(shè)置flash分區(qū)。。。配置內(nèi)核產(chǎn)生.config文件。。。

make

menuconfig

。。。

編譯內(nèi)核，生成zImage。。。下載zImage