2024年4月17日发(作者：)

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ＣＨＩ　ＮＡ　Ｎ　ＥＷ　Ｔ　Ｅ　Ｌ　ＥＣ０ＭＭ　Ｕ　ＮＩＣＡＴ１０Ｎ　Ｓ（Ｔｅ　ｃ　ｈ　ｎＩ　ｃ　ａ｛ＥｄＩｔ１ｏ　ｎ　

篇　入　Ｌｉｎ　ｕｘ　系统的研究　

竹林祝忠明　

（成都理Ｔ大学通信与信息系统系成都６１００５９）　

摘要本文研究了典型的嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统，概述了如何构建嵌入式Ｌｉｎｕｘ开发环境，分析了Ｌｉｎｕｘ内核的　

Ｌｉｎｕｘ　内核裁剪　

修改和剪裁，并在开发板上实现串口通信。　

关键词　嵌入式操作系统

１　引言　３基于ＡＲＭ平台的嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统的研究　

Ｌｉｎｕｘ内核进行修改和剪裁以满足系统的需求，　

３．１　嵌入式平台及开发环境的建立　

是移植技术中的关键。本文主要研究了如何对Ｌｉｎｕｘ　

口通信。　

ＨＦＲＫ２４１０开发板是基于三星公司￥３Ｃ２４１０高　

操作系统进行修改和剪裁。并在开发板上实现了串　

性能ＡＲＭ处理器的嵌入开发平台，ＣＰＵ采用　

￥３Ｃ２４１０ＡＲＭ９２０Ｔ。开发过程：Ｌｉｎｕｘ下建立交叉编　

译器，在Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统中用ＡＤＳ开发工具实现　

启动程序，在Ｌｉｎｕｘ操作系统下，用交叉编译器进行　

２嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统分析　

Ｌｉｎｕｘ系统内核的分析：Ｌｉｎｕｘ系统使用了单一　Ｌｉｎｕｘ内核、库函数及应用程序的编译。　

内核结构，即操作系统中所有的系统相关功能都被　

３．２　ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ代码分析　

嵌入式系统中，ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ是在操作系统内核或　

封装在内核中。程序通过一套称作系统调用（Ｓｙｓｔｅｍ　

Ｃａｌ１）的界面访问内核结构。在Ｌｉｎｕｘ中，可以动态装　

用户应用程序运行之前运行～段小程序，可以初始　

入和卸载内核中的部分模块。Ｌｉｎｕｘ内核由５部分组　

化硬件设备、建立内存空问的映射图，从而将系统的　

成：进程管理、内存管理、文件系统管理、进程问通信　

软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用　

和网络接口。　

操作系统内核或用户应用程序准备好正确的环境。　

典型的嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统：第一类有　大多数ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ都包含两种不同的操作模式：“启　

　

ＣＬｉｎｕｘ等，它是为了支持没有ＭＭＵ（内存管理单　

动加载”模式和“下载”模式。

启动加载（Ｂｏｏｔ　Ｌｏａｄｉｎｇ）模式：也称为“自主”模　

元）的处理器而对标准Ｌｉｎｕｘ作出的修正。　ＣＬｉｎｕｘ　

ｌｍａｄｅｒ从目标机上的某个固态存储设备　

保留了Ｌｉｎｕｘ的大多优点：稳定、良好的移植性，优秀　

式。即Ｂｏｏｔ

的网络功能，对各种文件系统的支持，以及标准丰富　

上将操作系统加载到ＲＡＭ中运行，整个过程并没有　

Ｌｏａｄｅｒ的正常工作模　

的ＡＰＩ等。第二类是将Ｌｉｎｕｘ开发成实时系统尤其　

用户的介入。这种模式是Ｂｏｏｔ

Ｌｏａｄｅｒ显然必须　

是硬（Ｆｉｒｍ）实时系统，应用于一些关键的控制场合，　

式，在嵌入式产品发布的时候，Ｂｏｏｔ

如ＲＴＬｉｎｕｘ　

工作在这种模式下。　

中国新通信ｌ技术版１　２００８．１　

４７　

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下载（Ｄｏｗｎｌｏａｄｉｎｇ）模式：在这种模式下，目标机　

手段从主机下载文件。从主机下载的文件通常首先　

做完以上修改以后，内核编译以后就可以在　

（４）编译内核　

上的Ｂｏｏｔｌｍａｄｅｒ将通过串口连接或网络连接等通信　

ｈｆｒｋ２４１０开发板上运行了。　

被Ｂｏｏｔｌｍａｄｅｒ保存到目标机的ＲＡＭ中，然后再被　

编译内核需要３个步骤，分别是创建内核依赖　

创建内核镜像文件和创建内核模块。命令依次　

Ｂｏ０ｔＬＤａｄｅｒ写到目标机上的Ｈａｓｈ类固态存储设备　

关系、

中。ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ的这种模式通常在第一次安装内核与　

为：ｍａｋｅ　ｄｅｐ　ｍａｋｅ　ｚｌｍａｇｅ　ｍａｋｅ　ｍｏｄｕｌｅｓ　

根文件系统时被使用；此外，以后的系统更新也会使　

等编译完成以后，会生成镜像文件　

ｒｃｈ／ａｒｍ／ｂｏｏｔ／ｚｌｍａｇｅ，把这个文件下载到开发板上，　

用Ｂｏｏｔｌｍａｄｅｒ的这种工作模式。工作于这种模式下　

ａ

的Ｂｏｏｔｌｍａｄｅｒ通常都会向它的终端用户提供一个简　

就会看到Ｌｉｎｕｘ２．６的内核启动信息，即完成了ＫＩ卜　

单的命令行接口。　

３。３内核的修改和剪裁　

ｕｘ２．６内核移植的第一步。　

（５）加载ＹＡＦＦＳ２文件系统（ＹＡＦＦＳ，Ｙｅｔ　Ａｎｏｔｈｅｒ　

Ｆｌａｓｈ　Ｆｉｌｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）　

内核的初始化分为了几个阶段：　

（１）内核的人口ｓｔｅｘｔ。ｓｔｅｘｔ是ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ所调用　

（６）内核的剪裁：使用Ｌｉｎｕｘ自身的配置工具，　

的内核人口，从ｓｔｅｘｔ进人后，将完成一些针对程序　编译定制内核。根据功能对内核进行剪裁，要达到的　

目标是：保证串口下载调试信息，提供必要的系统操　

运行环境的建立。　

（２）内核的初始化函数ｓｔａｒｔ＿ｋｅｒｎｅｌ。ｓｔａｒｔ＿ｋｅｒｎｅｌ　

作，支持应用程序正常运行，即完成串口通信。配置　

是内核初始化的主体。在调用这个函数的时候，系统　

的Ｌｉｎｕｘ内核如下：　

已经有了一个初始化的页目录表和堆栈。　

Ｃｏｄｅ　ｍａｔｕｒｉｔｙ　ｌｅｖｅｌ　ｏｐｔｉｏｎｓ一　＞代码成熟等级选　

项（不选）　

（３）内核的初始化线程ｉｎｉｔ　

在ｓｔａｒｔ＿ｋｅｒｎｅｌ中，通过创建了一个内核进程来　

［］Ｐｒｏｍｐｔ　ｆｏｒ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ／ｏｒ　ｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅ　

执行ｉｎｉｔ函数，进行初始化。　

（４）系统的初试化程序　

ｃｏｄｅ／ｄｒｉｖｅｒｓ　

默认情况下是选择的，这将会在设置界面中显　

修改内核启动部分源代码：主要是修改ｍａｋｅｉｆｌｅ　示还在开发或者还没有完成的　

文件，以及加上ＮＡＮＤ　Ｆｌａｓｈ的支持和ｍｔｄ分区表的　

与驱动。　

通用设置选项：支持处理器在程序之间同步和　

填写。目的是指定目标ＣＰＵ的体系结构为ＡＲＭ及　

交叉编译器前缀为ａｒｌｎ—ｌｉｎｕｘ一，并在内核启动时能　交换信息、支持热插拔　

初始化ＮＡＮＤ　Ｆｌａｓｈ。　

Ｇｅｎｅｒａｌ　ｓｅｔｕｐ———————　

修改的步骤如下：　

（１）下载并解压Ｌｉｎｕｘ内核　

［　］Ｓｙｓｔｅｍ　ＶＩＰＣ　

［　］Ｓｕｐｐｏｒｔ　ｏｒｆ　ｈｏｔ－ｐｌｕｇｇａｂｌｅ　ｄｅｖｉｃｅｓ　

（２）修改ｍａｋｅｉｆｌｅ文件　

＃ＡＲＣＨ？＝￥ｆＳｕＢＡＲＣＨ）修改为ＡＲＣＨ：＝ａｒｍ。　

可加载模块：使用模块支持、支持模块卸载、支　

持内核自动加载部分模块　

Ｌｏａｄａｂｌｅ　ｍｏｄｕｌｅ　ｓｕｐｐｏｒｔ—————　

（３）修改相关的文件　

①修改ａｒｃｈ＼ａｒｍｈｎａｃｈ—ｓ３ｃ２４１０＼ｄｅｖｓ．ｃ文件　

增加头文件定义　

・

［　］Ｅｎａｂｌｅ　ｌｏａｄａｂｌｅ　ｍｏｄｕｌｅ　ｓｕｐｐｏｒｔ　

［＊］Ｍｏｄｕｌｅ　ｕｎｌｏａｄｉｎｇ　

［　］Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｋｅｒｎｅｌ　ｍｏｄｕｌｅ　ｌｏａｄｉｎｇ　

＃ｉｎｃｌｕｄｅ＜Ｌｉｎｕｘ／ｍｔｄ／ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ．ｈ＞　

＃ｉｎｃｌｕｄｅ＜ａｓｍ／ａｒｃｈ／ｎａｎｄ．ｈ＞　

总线支持配置：有关ＰＣＭＣＩＡ不选　

Ｂｕｓ　ｓｕｐｐｏｒｔ—————　

＃ｉｎｃｌｕｄｅ＜Ｌｉｎｕｘ／ｍｔｄ／ｎａｎｄ．ｈ＞　

增加ＮＡＮＤ　Ｆｌａｓｈ分区信息，将分区信息和　

ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序一致。　

ＰＣＣＡＲＤ（ＰＣＭＣＩＡ／ＣａｒｄＢｕｓ）ｓｕｐｐｏｒｔ－－－－＋　

［］Ｅｎａｂｌｅ　ＰＣＣＡＲＤ　ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ　

②修改ａｒｃｈ＼ａｒｍｈｎａｃｈ—ｓ３ｃ２４　１　０￣ｎａｃｈ—ｓｍｄｋ２４　１　０．　

Ｃ文件　

［］１　６一ｂｉｔ　ＰＣＭＣＩＡ　ｓｕｐｐｏｒｔ（ＮＥＷ）　

［］Ｌｏａｄ　ＣＩＳ　ｕｐｄａｔｅｓ　ｆｒｏｍ　ｕｓｅｒｐａｃｅ（ＥＸＰＥＲＩＭＥＮ—　

４８　

ＣＨＩＮＡＮＥＷＴＥＬＥＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ（ＴｅｃｈｎｉｃａｌＥｄｉｔｉｏｎ）ＪＡＮ２口Ｄ８Ｎｏ，１　

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ＣＨｌ　ＮＡ　Ｎ　ＥＷ　ＴＥ　ＬＥＣＯＭＭ　Ｕ　ＮＩ　ＣＡＴｌ０Ｎ　Ｓ　ｆＴｅ　ｃ　ｈ　ｎｉ　ｃａｌ　Ｅｄｉｔｉ　ｏ　ｎ　

ＴＡＬ）（ＮＥＷ）　

［］ＰＣＭＣＩＡ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｏｃｔｌ（ｏｂｓｏｌｅｔｅ）（ＮＥＷ）　

支持的可执行文件格式：支持ＥＬＦ，ＥＬＦ是开放　

平台下最常用的二进制文件，它支持不同的硬件平　

台。　

Ｕｓｅｒｓｐａｃｅ　ｂｉｎａｒｙ　ｆｏｒｍａｔｓ一一—　

［　］Ｋｅｒｎｅｌ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｆｏｒ　ＥＬＦ　ｂｉｎａｒｉｅｓ　

设备驱动：支持ＭＴＤ分区，支持ＮＡＮＤ　Ｆｌａｓｈ、　

网卡ＣＳ８９００　

Ｄｅｖｉｃｅ　Ｄｒｉｖｅｒｓ－－－＞　

Ｍｅｍｏｒｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏ￣Ｄｅｖｉｃｅ（ＭＴＤ）ｓｕｐｐｏｒｔ　

［　］ＭＴＤ　ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｓｕｐｐｏｒｔ　

［　］Ｄｉｒｅｃｔ　ｃｈａｒ　ｄｅｖｉｃｅ　ａｃｃｅｓｓ　ｔｏ　ＭＴＤ　ｄｅｖｉｃｅｓ　

［　］Ｃａｃｈｉｎｇ　ｂｌｏｃｋ　ｄｅｖｉｃｅ　ａｃｃｅｓｓ　ｔｏ　ＭＴＤ　ｄｅｖｉｃｅｓ　

ＮＡＮＤ　Ｆｌａｓｈ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｄｒｉｖｅｒｓ一＞　

从串口读数据　

　Ｉ

』　

打印从串口读到的数据　

［　］ＮＡＮＤ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｓｕｐｐｏｒｔ　

［　］ＮＡＮＤ　Ｆｌａｓｈ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｆｏｒ￥３Ｃ２４１０／￥３Ｃ２４４０　ＳｏＣ　

［　］￥３Ｃ２４１０　ＮＡＮＤ　ｄｒｉｖｅｒ　ｄｅｂｕｇ　

Ｎｅｔｗｏｒｋ　ｄｅｖｉｃｅ　ｓｕｐｐｏｒｔ一一　

图１串口通信的程序流程图　

ｆｄ＝ｏｐｅｎ（”／ｄｅｖ／ｔｔｙＳ０＂，０一ＲＤＷＲ）；ｉｆ（一１＝＝　）｛　

Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（１　０　ｏｒ　１　００Ｍｂｉｔ）一一—　

＜　＞ＣＳ８９００　ｓｕｐｐｏｒｔ　

ｐｅｒｒｏｒ（”提示错误！”）；／　不能打开串口一　／｝　

（２）最基本的设置串口包括波特率设置，效验位　

（７）建立根文件系统　

序、ｉｎｉｔ程序、必需的库和需要加载的模块。根文件系　

统采用ｃｒａｍｆｓ格式，并使用工具软件ｂｕｓｙｂｏｘ来建　

立。　

和停止位设置。串口的设置主要是设置ｓｔｒｕｃｔ　ｔｅｒｍｉｏｓ　

（３）读写串口　

设置好串口之后，把串口当作文件读写就可以　

了。　

根文件系统的作用是存放了各种工具、应用程　结构体的各成员值。　

通过以上步骤，内核已经正常启动，首先检测硬　

件平台，然后初始化网卡、ＵＳＢ以及其他硬件，最终　

发送数据：　

ｃｈａｒ　ｂｕｆｆｅｒ［１０２４］；　

ｉｎｔ　Ｌｅｎｇｔｈ＝１　０２４；　

ｉｎｔ　ｎＢｙｔｅ；　

挂载文件系统ＹＡＦＦＳ，显示Ｌｉｎｕｘ命令行的提示符。　

４　基于ＡＲＭ平台的嵌入式Ｌｉｎｕｘ在串口通　

信中的应用　

该系统只设计了一路与ＵＡＲＴ０相连的　

ＲＳ一２３２Ｃ接口电路，通过９芯的Ｄ型插头，与外设可　

方便的连接，同时设计了数据发送与接收的状态指　

ｎＢｙｔｅ＝ｗｒｉｔｅ（ｆｄ，ｂｕｆｆｅｒ，Ｌｅｎｇｔｈ）；　

写数据：　

ｃｈａｒ　ｂｕｆｑ１０２４］；　

ｉｎｔ　Ｌｅｎ＝１０２４；　

ｉｎｔ　ｒｅａｄＢｙｔｅ＝ｒｅａｄ（ｆｄ，ｂｕｆｆ，Ｌｅｎ）；　

示ＬＥＤ，当有数据通过串行口传输时，ＬＥＤ闪烁，便　

于用户掌握其工作状态，以及进行软、硬件的调试。　

图１为串口通信的程序流程图。　

（１）使用标准的文件打开函数操作来打开串口：　

ｉｎｔ　ｆｄ；　

（４）关闭串口　

Ｃｌｏｓｅ（ｆｄ）；　

５结束语　

在嵌入式系统平台的开发使用过程中，经常使　

用串行接口与Ｐｃ主机进行通信。在此平台上，可以　

／　以读写方式打开串口　／　

中国耨通信Ｉ技术版）２００８．１　

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运行嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统，使用串口下载应用程　

延伸系统的应用触角，扩大系统的数据采集和过程　

　

序等。由此可见，在嵌入式系统中实现串口通信，可　

控制的范围。

参考文献　

［１】马忠梅等．ＡＲＭ＆Ｌｉｎｕｘ嵌入式教程．北京：北京航空航天大学出版社，２００４　

［２］孙天泽等．嵌入式设计及Ｌｉｎｕｘ驱动开发指南．北京：电子工业出版社，２００２　

【３１３毛德操．Ｌｉｎｕｘ内核源代码情景分析．杭州：浙江大学出版社，２００１　

Ｉ４ｌ李善平等．Ｌｉｎｕｘ与嵌入式系统［Ｍ】．北京：清华大学出版社，２００３　

［５】陈莉君．Ｌｉｎｕｘ操作系统内核分析．北京：人民邮电出版社，２０００　

［６］张斌，高波．Ｌｉｎｕｘ网络编程．北京：清华大学出版社，２０００　

（收稿日期：２００７年１２月１２日）　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｌｉｎｕｘ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＲＭ　

Ｚｈｕ　Ｌｉｎ，Ｚｈｕ　Ｚｈｏｎｇｍｉｎｇ　

（Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００５９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｙｐｉｃａｌ　Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｌｉｎｕｘｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ，ｉｔ　ｉｓ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｂｕｉｌｄ　ａ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｍ—　

ｂｅｄｄｅｄ　Ｌｉｎｕｘ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｄｅｅｐｌｙ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｍｏｄｉｆｙ　ａｎｄ　ｔａｉｌｏｒ　ｔｈｅ　Ｌｉｎｕｘ　ｋｅｒｎｅｌ　ａｎｄ　ｓｅｒｉａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　

ｂｏａｒｄ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　Ｌｉｎｕｘ，ｋｅｒｎｅｌ，ａｉｌｏｒ　

２００７中国信息主管（ＣｌＯ）大会在京召开　

２００７年１２月１日至２日，汇聚中国顶级信息主管的２００７中国信息主管（ＣＩＯ）年会在北京万达索菲特大饭店盛大召　

开。近千位中国政府、行业、区域和企业的重量级ＣＩＯ齐聚北京，围绕“ＩＴ、业务创新与科学发展”的大会主题，共商中国信　

息化大计。作为每年ＣＩＯ年会的亮点，电子政务、平安城市、制造业信息化、农村信息化、医疗卫生信息化、信息安全、教育　

信息化、增值渠道、校园经济、交通物流信息化十大分论坛也于１２月２日上午举行，来自各地政府、企业的行业信息化主　

管围绕各论坛主题进入了深入交流和讨论。南计算机世界传媒集团主办的中国ＣＩＯ年会是“中国ＩＴ两会”的重要组成部　

分，自２００１年开始举办以来，每年都以洞察宏观大势、聚集关键热点成为信息化领域的重量级盛会，参加ＣＩＯ年会的重　

量级信息主管多达千位，他们不但是中国信息化建设的领军人物，同时也是中国ＩＴ市场最具购买力的群体。　

２００８中国通信技术年会　

在过去的２００７年中，通信技术的演进与融合成为推动产业发展的核心力量。在即将到来的２００８年，谁将主导通信　

技术的选择？“２００８中国通信技术年会”于１２月１９日在北京新世纪日航酒店隆重举行回答了这个问题。　

此次会议由信息产业部批准，中国电子信息产业发展研究院主办，通信产业报社承办。会上有来自政府主管部门、中　

国移动、中国电信的领导，以及多个研究机构、业界主导厂商的数十余位专家学者共同就“演进、融合与技术选择”主题，　

展开深入、务实研讨。　

会议议题主要包括无线通信的发展与演进、网络融合与宽带机遇、ＩＣＴ融合与应用创新、技术发展与产业链共赢等，　

会议最大限度地涵盖了通信业界最为焦点的核心论题，将２００７年通信行业的热点技术与应用成果悉数呈现。　

同时，在会议现场，通信产业报还联合国内十家知名电信咨询公司发布了“２００８年通信行业十大技术发展趋势报　

告一白皮书”，对ＴＤ—ＳＣＤＭＡ、ＷｉＭＡＸ、Ｐ２Ｐ等技术在２００８年的发展趋势进行了预判和展望。　

另外，本次大会还评选出了２００７“年度技术服务”、“年度技术应用”、“年度技术创新”、“年度优秀研究院”、“年度先锋　

技术人物”以及“年度技术贡献”六大奖项。　

５０　

ＣＨＩＮＡ　ＮＥＷＴＥＬＥＣＯＭＭＵＮＩＣＡ＂ＩＩＯＮＳ（ＴｅｃｈｎｉｃａｌＥｄｉｔｉｏｎ）ＪＡＮ２Ｄ０８Ｎｏ．７