uclinux表示micro-control linux.即“微控制器領(lǐng)域中的Linux系統(tǒng)”，是Lineo公司的主打產(chǎn)品，同時也是開放源碼的嵌入式Linux的典范之作。uCLinux主要是針對目標處理器沒有存儲管理單元MMU（Memory Management Unit）的嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計的。它已經(jīng)被成功地移植到了很多平臺上。由于沒有MMU，其多任務的實現(xiàn)需要一定技巧。

　　uClinux是嵌入式Linux領(lǐng)域非常重要的分支，已成功應用于路由器、機頂盒、PDA等領(lǐng)域，與標準Linux在內(nèi)存管理方面有著本質(zhì)的區(qū)別。

　　Uclinux的配置和裁減也是利用的華恒科技提供的源碼包（用于hhbf531學習板）。我們使用的開發(fā)板信息如下：

　　CPU：BF533

　　FLASH：S29AL004D-512KB

　　SDRAM：HY57V281620-16MB

　　這里我不敢說“uclinux的移植”，而只是以“配置與裁減”代之，是因為我覺得自己的工作真的談不上什么移植。現(xiàn)成的源碼包，所有的底層驅(qū)動都已經(jīng)完成，我們所要做的只是選擇自己需要的驅(qū)動、配置一下內(nèi)核、做一些裁減工作而已。每每聽到其他人提到“最近又完成了×××平臺的linux移植”，我都會有點擔心：國內(nèi)有多少工程師能真正從最初始的工作開始，完成一個平臺的系統(tǒng)移植——應該很少吧。

　　下面，我分以下步驟簡單介紹一下我的配置過程。

　　一，配置并在RAM中運行內(nèi)核（不帶根文件系統(tǒng)）：

　　由于我們的flash空間有限，在沒有裁減之前，就算不帶根文件系統(tǒng)，也無法燒寫到flash內(nèi)保存；所以先嘗試下載到RAM中運行。另外，我們目前的開發(fā)板上沒有網(wǎng)絡功能，只能通過串口下載，所以在這里配置內(nèi)核的過程中，做一些簡單裁減，以便節(jié)約下載時間。

　　解壓源碼包后，進入uclinux目錄：

　　#cd uClinux-dist

　　設(shè)定交叉工具鏈：

　　#PATH=”/usr/local/bin/gcc-bfin-3.4-uclinux/bin/：$PATH”

　　進入配置：

　　#make menuconfig

　　運行后，進入“MainMenu”配置頁，可以在此選擇Vender/Product和Kernel/Library/Defaults等內(nèi)容。根據(jù)我們使用的平臺，我們選擇：Vender-AnalogDevices，Product-HHBF533（或者HHBF531），Libc-uClibc；如果要配置內(nèi)核和應用程序還要分別選中“Customize Kernel Settings”、“Customize Vender/User Settings”。退出保存后，將依次進入配置內(nèi)核和配置應用程序頁。

　　如果想單獨配置內(nèi)核，可以進入目錄linux-2.6.x/內(nèi)運行“make menuconfig”。配置應用程序在這個源碼包里好像沒有單獨的config選項。這些關(guān)于內(nèi)核源碼包結(jié)構(gòu)的基本知識，需要大家提前了解。

　　下面，我們來配置內(nèi)核。

　　配置一個可以在我們的SDRAM中運行的內(nèi)核很簡單，因為底層工作都已經(jīng)完成。我們只需要配置一下處理器相關(guān)內(nèi)容即可。處理器選項位于內(nèi)核配置頁的“Blackfin Processer Options”。進入該配置頁，進行如下配置：

　　CPU - BF533

　　System type - BF533-HHBF

　　Board Customizations - 根據(jù)你的開發(fā)板時鐘、SDRAM信息配置，其他不用修改。

　　Clock Settings - 取消“Re-programClocks while Kernel boots”，默認為u-boot的時鐘配置。

　　其他選項不用修改，各項配置功能介紹見文檔《附.Linux 2.6.19.x內(nèi)核編譯配置選項簡介》。

　　以上配置正確后，下載到你的開發(fā)板上，應該就可以運行了。但通過串口下載速度太慢，我們先去掉一些不需要的驅(qū)動。由于我們沒有網(wǎng)絡功能，所以把網(wǎng)絡及其驅(qū)動全部取消，可以裁減150KB左右的空間；我們也不需要音視頻功能，所以把音視頻驅(qū)動也取消，又可以減小很大空間。如此配置后，我們可以嘗試下載到SDRAM中運行了。

　　現(xiàn)在，我們還不想裁減根文件系統(tǒng)，所以，我們想得到一個不帶根文件系統(tǒng)的壓縮內(nèi)核鏡像。由于華恒提供的源碼包，編譯后不能得到壓縮的不帶根文件系統(tǒng)的鏡像，所以我們要通過修改Makefile得到我們需要的編譯結(jié)果。

　　需要修改的Makefile位于uClinux-dist目錄下，打開該Makefile，在“.PHONY:linux”項的”ln –f $（LINUXDIR）/vmlinux $（LINUXDIR）/linux;\”語句后，添加以下內(nèi)容。

　　這樣在uClinux-dist目錄下執(zhí)行“make linux”就可以生成壓縮的不帶根文件系統(tǒng)的內(nèi)核鏡像了，該鏡像文件為uImage.bin，位于linux-2.6.x目錄內(nèi)。現(xiàn)在，可以將得到的內(nèi)核下載到SDRAM中運行了。因為是壓縮內(nèi)核，所以運行時要使用u-boot的bootm命令。至于u-boot命令的使用方法，自行學習。

　　Makefile也是編譯內(nèi)核的基礎(chǔ)知識，需要大家逐步掌握。

　　這樣，該步的工作就可以告一段落了。

　　下載到SDRAM中，如果解壓后無法運行，先檢查一下上述配置操作是否有誤。如果確定無誤，就需要分析內(nèi)核的執(zhí)行過程，仔細分析問題了。接下來簡單介紹一下內(nèi)核執(zhí)行流程。

　　二，內(nèi)核執(zhí)行流程：

　　承接上篇《u-boot引導uclinux過程分析》，介紹內(nèi)核啟動流程。

　　A，內(nèi)核vmlinux入口

　　u-boot執(zhí)行“（*appl）（cmdline）;”語句后，控制權(quán)就移交給linux內(nèi)核，appl變量指向的地址就是linux內(nèi)核的首地址。

　　Linux內(nèi)核執(zhí)行的第一個文件是/linux-2.6.x/arch/blackfin/mach-bf533/head.S。經(jīng)過一系列的初始化，跳轉(zhuǎn)到start_kernel（）函數(shù)，即進入linux系統(tǒng)初始化階段。

　　B， Linux系統(tǒng)初始化

　　Start_kernel（）函數(shù)位于文件/linux-2.6.x/init/main.c中，是linux內(nèi)核通用的初始化函數(shù)。無論對于什么體系結(jié)構(gòu)的linux，都要執(zhí)行這個函數(shù)。

　　Start_kernel（）函數(shù)負責初始化內(nèi)核各子系統(tǒng)，最后調(diào)用rest_init（），啟動一個叫作init的內(nèi)核線程，繼續(xù)初始化。

　　起始內(nèi)核線程init的任務依然是初始化，只不過是一種更高層次的初始化。

　　函數(shù)do_basic_setup（）是init進程中最重要的函數(shù)，與嵌入式系統(tǒng)關(guān)系最緊密的是其中的do_initcalls（）函數(shù)，該函數(shù)與設(shè)備驅(qū)動程序加載有關(guān)。

　　函數(shù)prepare_namespace（）函數(shù)主要目的是準備好系統(tǒng)的命名空間，其中最重要的函數(shù)是mount_root（），其功能是掛載根文件系統(tǒng)。

　　四個run_init_process（）函數(shù)查找init進程程序并嘗試執(zhí)行。如果沒有找到一個可以執(zhí)行的init程序，則報告錯誤“Noinit found”。

　　C，初始化設(shè)備驅(qū)動

　　參考B中的do_basic_setup（）函數(shù)。

　　D，掛接根文件系統(tǒng)

　　參考B中的prepare_namespace（）函數(shù)。

　　E， 啟動用戶空間init進程

　　當內(nèi)核掛載了根文件系統(tǒng)后，內(nèi)核的啟動工作就全部結(jié)束了，但系統(tǒng)還不能正常啟動起來，因為還需要通過根文件系統(tǒng)上的init程序來完成一下最后的設(shè)置工作。這個init程序一般在/sbin、/etc或/bin目錄下。

　　三，裁減內(nèi)核（不帶根文件系統(tǒng)）并燒寫到flash中：

　　該步承接上步的工作。由于上步已經(jīng)做了一定的裁減，該步只需要在此基礎(chǔ)上進一步裁減即可。該步工作相對叫簡單，只需要將不需要的驅(qū)動選項取消即可，當然要注意保證內(nèi)核的依賴關(guān)系。

　　我們的flash容量為512KB，u-boot占有64KB空間，剩下的只有448KB。另外，根文件系統(tǒng)大約還需要100KB空間，所以內(nèi)核大小要控制在350KB以內(nèi)。我們先嘗試將不需要的驅(qū)動和選項全部取消，讓內(nèi)核運行起來。

　　在“二，配置并在RAM中運行內(nèi)核（不帶根文件系統(tǒng)）”的基礎(chǔ)上，我們進一步刪除的驅(qū)動包括：

　　l 取消“Loadble module support”支持

　　l 取消“Block layer”支持

　　l 取消“Bus options”所有支持

　　l 取消“Power management options”支持

　　l 取消“CPU Frequency scaling”支持

　　l 取消“Profiling Support”支持

　　l 取消“Security options”支持

　　l 取消“Cryptographic options”支持

　　l 取消除了串口和MTD以外的所有硬件驅(qū)動支持

　　l 取消內(nèi)部RTC驅(qū)動

　　l 取消對ELF格式文件支持

　　取消以上選項后，內(nèi)核可以控制在350KB以內(nèi)了。所以，不需進一步修改Makefile來裁減內(nèi)核了。這樣就可以下載并燒寫到flash內(nèi)保存了。

　　四，配置應用程序和裁減根文件系統(tǒng)：

　　根文件系統(tǒng)掛載到內(nèi)核有兩種基本方式：獨立于內(nèi)核存放通過MTD分區(qū)識別并掛載和鏈接到內(nèi)核數(shù)據(jù)段通過ramdisk掛載（兩種方式都是我自己概括的，可能描述上有些不盡合理，僅供參考）。不論那種方式，都需要MTD驅(qū)動支持，所以內(nèi)核要支持MTD并配置正確，保持華恒源碼包原MTD配置即可。

　　HHBF5XX 的Linux BSP 使用ext2 格式的ramdisk 作為根文件系統(tǒng)，直接鏈接到內(nèi)核數(shù)據(jù)段，所以這里介紹這種方式。另一種方式這里不作介紹，其相關(guān)資料更豐富。

　　與根文件系統(tǒng)（ramfs）相關(guān)的鏈接內(nèi)容如下，位于文件/linux-2.6.x/arch/Blackfin/Kernel/vmlinux.lds.S中。

　　內(nèi)核通過__initramfs_start和__initramfs_end找到根文件系統(tǒng)的img，這兩個變量在文件/linux-2.6.x/init/Initramfs.c中被引用。

　　介紹完根文件系統(tǒng)的掛載方式，我們來介紹如何配置和裁減應用程序。

　　由于flash容量限制，而且我們也并不需要很多應用程序的支持，所以我們可以只保留最簡單的init、sh、ls、cd等應用程序，其他應用全部裁減掉。注意必須保證要有init和sh，否則內(nèi)核無法運行或沒有shell界面。另外，為了進一步裁減體積，我們利用busybox制作根文件系統(tǒng)，busybox的介紹文檔網(wǎng)上非常多，這里不再介紹。

　　按照以上分析，我們來配置應用程序和busybox。

　　按照“一，配置并在RAM中運行內(nèi)核（不帶根文件系統(tǒng)）”中介紹的方法進入應用程序配置頁。只需選中Busybox內(nèi)的BusyboxSVN，其余選項全部取消，完全用busybox代替。

　　然后，我們來配置busybox。進入busybox目錄，運行配置命令：

　　#cd user/busybox-svn

　　#make menuconfig

　　除了按照我們上面介紹的，保留最基本的應用程序之外，其他全部取消；還有一點需要特別注意。就是在“Build options”選擇中選中編譯成靜態(tài)庫，而不要編譯成共享庫，這樣在根文件系統(tǒng)掛載時省去很多麻煩，雖然最后得到的內(nèi)核體積會稍微增大一下。共享庫的應用可以在內(nèi)核運行成功后，進一步學習。

　　這樣配置得到的根文件系統(tǒng)已經(jīng)裁減了很大體積，但下載到SDRAM中運行時會發(fā)現(xiàn)根文件系統(tǒng)占有的內(nèi)存空間仍然很大，始終保持12.5MB空間。這是因為，根文件系統(tǒng)的運行空間是在生成鏡像時指定的。要裁減占有的內(nèi)存空間，可以如下修改。

　　#vi vender/HHTech/BF533-HHBF/Makefile

　　修改第14行的“BLOCKS = 12800”為較小的值，比如說4096等，必須是256的整數(shù)倍，否則內(nèi)核運行時根文件系統(tǒng)報錯。這樣修改后，根文件系統(tǒng)占有的flash和SDRAM空間都會相應減小。

　　通過以上裁減后，帶有根文件系統(tǒng)的內(nèi)核鏡像完全可以控制在448KB以內(nèi)，下載保存到flash后運行，你就可以看到可愛的“uClinux”歡迎界面了。

　　如果要進一步裁減根文件系統(tǒng)，可以修改和刪除vender/HHTech/BF533-HHBF/目錄下的相關(guān)文件，具體操作不再詳述。

　　uClinux的多進程處理

　　uClinux沒有mmu管理存儲器，在實現(xiàn)多個進程時（fork調(diào)用生成子進程）需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)保護。 uClinux的fork和vfork：uClinux的fork等于vfork。實際上uClinux的多進程管理通過vfork來實現(xiàn)。這意味著 uClinux系統(tǒng)fork調(diào)用完程后，要么子進程代替父進程執(zhí)行（此時父進程已經(jīng)sleep）直到子進程調(diào)用exit退出，要么調(diào)用exec執(zhí)行一個新的進程，這個時候?qū)a(chǎn)生可執(zhí)行文件的加載，即使這個進程只是父進程的拷貝，這個過程也不能避免。當子進程執(zhí)行exit或exec后，子進程使用 wakeup把父進程喚醒，父進程繼續(xù)往下執(zhí)行。　　 uClinux的這種多進程實現(xiàn)機制同它的內(nèi)存管理緊密相關(guān)。 uClinux針對nommu處理器開發(fā)，所以被迫使用一種flat方式的內(nèi)存管理模式，啟動新的應用程序時系統(tǒng)必須為應用程序分配存儲空間，并立即把應用程序加載到內(nèi)存。缺少了MMU的內(nèi)存重映射機制，uClinux必須在可執(zhí)行文件加載階段對可執(zhí)行文件reloc處理，使得程序執(zhí)行時能夠直接使用物理內(nèi)存。