嵌入式操作系统uCLinux
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DiskOnChip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。
3 uClinux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。
