嵌入式操作系统uCLinux

摘要: 本文将分析嵌入式操作系统uClinux的内核结构、、内存管理、多进程处理、针对实时性的解决方案和开发环境，先对uCLinux有一个深刻的认识，将有利于今后进一步研究开发。

关键词: uCLinux，内存管理，多进程处理，RTLinux，开发环境

1 引言

嵌入式操作系统是嵌入式系统的灵魂，而且在同一个硬件平台上可以嵌入不同的嵌入式操作系统。比如ARM7TDMI内核，可以嵌入Nucleus、VxWorks、uClinux等操作系统。在此主要对uClinux的进行介绍，嵌入式uClinux操作系统主要有三个基本部分组成：引导程序、uClinux内核（由内存管理、进程管理和中断处理等构成）和文件系统。uClinux可以通过定制使内核小型化，还可以加上GUI(图形用户界面)和定制应用程序，并将其放在ROM、RAM、FLASH或Disk On Chip中启动。由于嵌入式uClinux操作系统的内核定制高度灵活性，开发者可以很容易地对其进行按需配置，来满足实际应用需要。又由于uClinux是源代码公开，因此开发人员只有了解内核原理就可以自己开发部分软件，例如增加各类驱动程序。下面将详细分析嵌入式操作系统uClinux。

2嵌入式uCinux内核结构

uClinux内核结构如图1所示：

图1代表了内核的功能结构，与Linux基本相同，不同的只是对内存管理和进程管理进行改写，以满足无MMU处理器的要求。uClinux是Linux 操作系统的一种，是由Linux2.0内核发展来的，是专为没有MMU的微处理器（如ARM7TDMI、Coldfire 等）设计的嵌入式Linux操作系统。另外,由于大多数内核源代码都被重写，uClinux的内核要比原Linux 2.0内核小的多, 但保留了Linux 操作系统的主要优点：稳定性，优异的网络能力以及优秀的文件系统支持。

3uClinux的内存管理

uClinux同标准Linux的最大区别就在于内存管理。标准Linux是针对有MMU的处理器设计的。在这种处理器上，虚拟地址被送到MMU，MMU把虚拟地址映射为物理地址。通过赋予每个任务不同的虚拟—物理地址转换映射，支持不同任务之间的保护。对于uCLinux来说，其设计针对没有MMU的处理器，不能使用处理器的虚拟内存管理技术。

uClinux不能使用处理器的虚拟内存管理技术（应该说这种不带有MMU的处理器在嵌入式设备中相当普遍）。

uClinux仍采用存储器的分页管理，系统在启动时把实际存储器进行分页。在加载应用程序时程序分页加载。但是由于没有MMU管理，所以实际上uClinux采用实存储器管理策略(real memeory management)。这一点影响了系统工作的很多方面。

uClinux系统对于内存的访问是直接的，（它对地址的访问不需要经过MMU，而是直接送到地址线上输出），所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。操作系统对内存空间没有保护（这实际上是很多嵌入式系统的特点），各个进程实际上共享一个运行空间（没有独立的地址转换表）。

一个进程在执行前，系统必须为进程分配足够的连续地址空间，然后全部载入主存储器的连续空间中。与之相对应的是标准Linux系统在分配内存时没有必要保证实际物理存储空间是连续的，而只要保证虚存地址空间连续就可以了。此外磁盘交换空间也是无法使用的，系统执行时如果缺少内存将无法通过磁盘交换来得到改善。

uClinux对内存的管理减少同时就给开发人员提出了更高的要求。如果从易用性这一点来说，uClinux的内存管理是一种倒退，退回了到了UNIX早期或是Dos系统时代。开发人员不得不参与系统的内存管理。从编译内核开始，开发人员必须告诉系统这块开发板到底拥有多少的内存（假如你欺骗了系统，那将在后面运行程序时受到惩罚），从而系统将在启动的初始化阶段对内存进行分页，并且标记已使用的和未使用的内存。系统将在运行应用时使用这些分页内存。