如果您刚接触嵌入式开发,那么大量可用的引导装载程序(bootloader)、规模缩小的分发版(distribution)、文件系统和 GUI 看起来可能太多了。但是这些丰富的选项实际上是一种恩赐,允许您调整开发或用户环境以完全符合您的需要。对 Linux 嵌入式开发的概述将帮助您理解所有这些选项。 Linux 正在嵌入式开发领域稳步发展。因为 Linux 使用 GPL(请参阅本文后面的参考资料),所以任何对将 Linux 定制于 PDA、掌上机或者可佩带设备感兴趣的人都可以从因特网免费下载其内核和应用程序,并开始移植或开发。许多 Linux 改良品种迎合了嵌入式/实时市场。它们包括 RTLinux(实时 Linux)、uclinux(用于非 MMU 设备的 Linux)、Montavista Linux(用于 ARM、MIPS、PPC 的 Linux 分发版)、ARM-Linux(ARM 上的 Linux)和其它 Linux 系统(请参阅参考资料以链接到本文中提到的这些和其它术语及产品。)
嵌入式 Linux 开发大致涉及三个层次:引导装载程序、Linux 内核和图形用户界面(或称 GUI)。在本文中,我们将集中讨论涉及这三层的一些基本概念;深入了解引导装载程序、内核和文件系统是如何交互的;并将研究可用于文件系统、GUI 和引导装载程序的众多选项中的一部分。
引导装载程序 引导装载程序通常是在任何硬件上执行的第一段代码。在象台式机这样的常规系统中,通常将引导装载程序装入主引导记录(Master Boot Record,(MBR))中,或者装入 Linux 驻留的磁盘的第一个扇区中。通常,在台式机或其它系统上,BIOS 将控制移交给引导装载程序。这就提出了一个有趣的问题:谁将引导装载程序装入(在大多数情况中)没有 BIOS 的嵌入式设备上呢?
因此能够从因特网上获得已预编译的二进制文件是一件好事(但不太好的一点是,目前它们大多数只限于基于 ARM 的系统,但迟早会改变的)。一些比较流行的已预编译的工具链包括那些来自 Compaq(Familiar Linux )、LART(LART Linux)和 Embedian(基于 Debian 但与它无关)的工具链 — 所有这些工具链都用于基于 ARM 的平台。
内核设置 Linux 社区正积极地为新硬件添加功能部件和支持、在内核中修正错误并且及时地进行常规改进。这导致大约每 6 个月(或 6 个月不到)就有一个稳定的 Linux 树的新发行版。不同的维护者维护针对特定体系结构的不同内核树和补丁。当为一个项目选择了一个内核时,您需要评估最新发行版的稳定性如何、它是否符合项目要求和硬件平台、从编程角度来看它的舒适程度以及其它难以确定的方面。还有一点也非常重要:找到需要应用于基本内核的所有补丁,以便为特定的体系结构调整内核。
根据可用的系统资源和引导装载程序的功能,内核可以编译成 vmlinux、Image 或 zImage。vmlinux 和 zImage 之间的主要区别在于 vmlinux 是实际的(未压缩的)可执行文件,而 zImage 是或多或少包含相同信息的自解压压缩文件 — 只是压缩它以处理(通常是 Intel 强制的)640 KB 引导时间的限制。有关所有这些的权威性解释,请参阅 Linux Magazine 的文章“Kernel Configuration: dealing with the unexpected”(请参阅参考资料)。
内核链接和装入 一旦为目标系统编译了内核后,通过使用引导装载程序(它已经被装入到目标的闪存中),内核就被装入到目标系统的内存(在 DRAM 中或者在闪存中)。通过使用串行、USB 或以太网端口,引导装载程序与主机通信以将内核传送到目标的闪存或 DRAM 中。在将内核完全装入目标后,引导装载程序将控制传递给装入内核的地址。
清单 2. 典型的 vmlinux.lds 文件 OUTPUT_ARCH() /* includes architecture type */ ENTRY(stext) /* stext is the kernel entry point */ SECTIONS /* SECTIONS command describes the layout of the output file */ { . = TEXTADDR; /* TEXTADDR is LMA for the kernel */ .init : { /* Init code and data*/ _stext = .; /* First section is stext followed by __init data section */ __init_begin = .; *(.text.init) __init_end = .; } .text : { /* Real text segment follows __init_data section */ _text = .; *(.text) _etext = .; /* End of text section*/ } .data :{ _data=.; /* Data section comes after text section */ *(.data) _edata=.; } /* Data section ends here */ .bss : { /* BSS section follows symbol table section */ __bss_start = .; *(.bss) _end = . ; /* BSS section ends here */ } }
清单 3. 样本参数结构 struct param_struct { unsigned long page_size; /* 0: Size of the page */ unsigned long nr_pages; /* 4: Number of pages in the system */ unsigned long ramdisk /* 8: ramdisk size */ unsigned long rootdev; /* 16: Number representing the root device */ unsigned long initrd_start; /* 64: starting address of initial ramdisk */ /* This can be either in flash/dram */ unsigned long initrd_size; /* 68: size of initial ramdisk */ }