1 引言

嵌 入式操作系統是嵌入式系統的靈魂，而且在同一個硬件平臺上可以嵌入不同的嵌入式操作系統。比如ARM7TDMI內核，可以嵌入Nucleus、 VxWorks、uClinux等操作系統。在此主要對uClinux的進行介紹，嵌入式uClinux操作系統主要有三個基本部分組成：引導程序、 uClinux內核（由內存管理、進程管理和中斷處理等構成）和文件系統。uClinux可以通過定制使內核小型化，還可以加上GUI(圖形用戶界面)和 定制應用程序，并將其放在ROM、RAM、FLASH或Disk On Chip中啟動。由于嵌入式uClinux操作系統的內核定制高度靈活性，開發者可以很容易地對其進行按需配置，來滿足實際應用需要。又由于 uClinux是源代碼公開，因此開發人員只有了解內核原理就可以自己開發部分軟件，例如增加各類驅動程序。下面將詳細分析嵌入式操作系統 uClinux。

2 嵌入式uCinux內核結構

uClinux內核結構如圖1所示：

圖 1代表了內核的功能結構，與Linux基本相同，不同的只是對內存管理和進程管理進行改寫，以滿足無MMU處理器的要求。uClinux是Linux 操作系統的一種，是由Linux2.0內核發展來的，是專為沒有MMU的微處理器（如ARM7TDMI、Coldfire 等）設計的嵌入式Linux操作系統。另外,由于大多數內核源代碼都被重寫，uClinux的內核要比原Linux 2.0內核小的多, 但保留了Linux 操作系統的主要優點：穩定性，優異的網絡能力以及優秀的文件系統支持。

3 uClinux的內存管理

uClinux 同標準Linux的最大區別就在于內存管理。標準Linux是針對有MMU的處理器設計的。在這種處理器上，虛擬地址被送到MMU，MMU把虛擬地址映射 為物理地址。通過賦予每個任務不同的虛擬—物理地址轉換映射，支持不同任務之間的保護。對于uCLinux來說，其設計針對沒有MMU的處理器，不能使用 處理器的虛擬內存管理技術。

uClinux不能使用處理器的虛擬內存管理技術（應該說這種不帶有MMU的處理器在嵌入式設備中相當普遍）。

uClinux仍采用存儲器的分頁管理，系統在啟動時把實際存儲器進行分頁。在加載應用程序時程序分頁加載。但是由于沒有MMU管理，所以實際上uClinux采用實存儲器管理策略(real memeory management)。這一點影響了系統工作的很多方面。

uClinux 系統對于內存的訪問是直接的，（它對地址的訪問不需要經過MMU，而是直接送到地址線上輸出），所有程序中訪問的地址都是實際的物理地址。操作系統對內存 空間沒有保護（這實際上是很多嵌入式系統的特點），各個進程實際上共享一個運行空間（沒有獨立的地址轉換表）。

一 個進程在執行前，系統必須為進程分配足夠的連續地址空間，然后全部載入主存儲器的連續空間中。與之相對應的是標準Linux系統在分配內存時沒有必要保證 實際物理存儲空間是連續的，而只要保證虛存地址空間連續就可以了。此外磁盤交換空間也是無法使用的，系統執行時如果缺少內存將無法通過磁盤交換來得到改 善。

uClinux 對內存的管理減少同時就給開發人員提出了更高的要求。如果從易用性這一點來說，uClinux的內存管理是一種倒退，退回了到了UNIX早期或是Dos系 統時代。開發人員不得不參與系統的內存管理。從編譯內核開始，開發人員必須告訴系統這塊開發板到底擁有多少的內存（假如你欺騙了系統，那將在后面運行程序 時受到懲罰），從而系統將在啟動的初始化階段對內存進行分頁，并且標記已使用的和未使用的內存。系統將在運行應用時使用這些分頁內存。

由 于應用程序加載時必須分配連續的地址空間，而針對不同硬件平臺的可一次成塊（連續地址）分配內存大小限制是不同（目前針對EZ328處理器的 uClinux是128k，而針對Coldfire處理器的系統內存則無此限制），所以開發人員在開發應用程序時必須考慮內存的分配情況并關注應用程序需 要運行空間的大小。另外由于采用實存儲器管理策略，用戶程序同內核以及其它用戶程序在一個地址空間，程序開發時要保證不侵犯其它程序的地址空間，以使得程 序不至于破壞系統的正常工作，或導致其它程序的運行異常。

從內存的訪問角度來看，開發人員的權利增大了（開發人員在編程時可以訪問任意的地址空間），但與此同時系統的安全性也大為下降。此外，系統對多進程的管理將有很大的變化，這一點將在uClinux的多進程管理中說明。

4 uClinux的多進程處理