引言

　　uCLinux是專門為無MMU處理器設計的嵌入式操作系統(tǒng)" title="嵌入式操作系統(tǒng)" target="_blank">嵌入式操作系統(tǒng)，已支持ARM,、Motorola等微處理器,。目前采用ARM+uCLinux作為嵌入式系統(tǒng)的一種開發(fā)模式非常普遍。

　　一個基于uCLinux的完整的嵌入式系統(tǒng)由三個部分組成,，即系統(tǒng)引導程序Bootloader,、uCLinux操作系統(tǒng)內核和文件系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的啟動引導技術是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一個難點,，系統(tǒng)啟動引導的成功與否決定了應用程序的運行環(huán)境是否能正確建立,，系統(tǒng)啟動成功是應用正確運行的前提。而uCLinux內核的啟動過程也是其中重要一環(huán),，分析uCLinux的啟動過程,，可以加快系統(tǒng)啟動速度、正確建立應用環(huán)境,。本文要研究的就是uCLinux操作系統(tǒng)內核的啟動過程,。
 

　　1 系統(tǒng)簡介

　　本系統(tǒng)采用SamSung公司的Arm7TDMI內核的S3C4510B處理器，主要利用其強大的網(wǎng)絡功能,，與PC機進行網(wǎng)絡通信,。該系統(tǒng)的主要功能是利用串口監(jiān)測一種智能電表，將獲得的數(shù)據(jù)通過Internet傳給PC機，由PC機再做進一步的處理,，將最終結果呈現(xiàn)給用戶,。

　　硬件平臺包括一個以ARM為內核的處理器、存儲器使用2MB的Flash和16MB的SDRAM,，外部接口除了通信的串口,，還外接了一個以太網(wǎng)接口，以支持S3C4510B的網(wǎng)絡功能,。軟件平臺由以下部分組成：系統(tǒng)引導程序Bootloader,、嵌入式操作系統(tǒng)內核、文件系統(tǒng),。

　　根據(jù)內核是否壓縮以及內核是否在本地執(zhí)行,，uCLinux通常有兩種啟動方式：flash本地執(zhí)行方式和壓縮內核加載方式。本系統(tǒng)采用第二種啟動方案,，即內核的壓縮映象固化到flash上,，系統(tǒng)啟動時在內存中解壓，然后在內存中執(zhí)行,，這種啟動方式相比第一種方式運行速度更快,。

　　2 uCLinux內核啟動過程的實現(xiàn)

　　可將ARM+uCLinux系統(tǒng)的啟動過程總結為以下幾個階段：(1)PC指向復位地址入口處，即0x0H處的Bootloader代碼,。Bootloader完成一些基本的初始化,，將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài);(2)Bootloader將控制權交給操作系統(tǒng)內核的引導程序后，開始uCLinux內核的加載;(3)uCLinux內核加載引導完成,，啟動init進程,，完成系統(tǒng)的引導過程。

　　本系統(tǒng)的啟動方案采用uCLinux自帶的引導程序加載內核,。在內核啟動過程中主要調用這幾個文件：head.S(在linux-2.4.xarcharmnommubootcompressed目錄下),、main.c(在linux-2.4.xinitinit目錄下)、simpleinit.c(在userinit目錄下)[1],。實際應用中應根據(jù)硬件平臺和系統(tǒng)功能,，修改相關文件，以正確地引導系統(tǒng),。

　　當Bootloader將控制權交給內核的引導程序時,，第一個執(zhí)行的程序就是head.S，它完成了加載內核的大部分工作;misc.c則提供加載內核所需要的子程序,，其中解壓內核的子程序是head.S調用的重要程序,，另外內核的加載還須知道系統(tǒng)的硬件信息，該硬件信息在hardware.h中定義并被head.S所引用,。本系統(tǒng)中內核的啟動流程如圖1所示,。

　　本系統(tǒng)中,，head.S首先配置S3C4510B的系統(tǒng)寄存器SYSCFG、初始化系統(tǒng)的Flash,、SDRAM以及總線控制寄存器,，將Flash和SDRAM的地址范圍分別設置為0x0-0x1fffff和0x1000000-0x1ffffff;根據(jù)本系統(tǒng)的功能特點，重新定義了中斷優(yōu)先級以及I/O口的配置;為了提高內核的運行速度,，將2M的內核映像文件從Flash拷貝到SDRAM;通過操作一些系統(tǒng)寄存器,，進行系統(tǒng)的存儲器重映射，將Flash和SDRAM的地址區(qū)間分別重映射為0x1000000-0x11fffff和0x0-0xffffff;然后初始化系統(tǒng)堆棧;接著調用misc.c中的函數(shù)decompress_kernel,，對拷貝到SDRAM的內核映像文件進行解壓縮;最后跳轉到執(zhí)行調用內核函數(shù)call_kernel,，調用call_kernel函數(shù)實際上是執(zhí)行main.c中的start_kernel函數(shù)，該函數(shù)完成的功能包括處理器結構的初始化,、中斷的初始化,、定時器的初始化、進程相關的初始化以及內存初始化等初始化工作;最后內核創(chuàng)建一個init線程,，在該線程中調用init進程,，完成系統(tǒng)的啟動。

　　值得再次注意的是,，在內核啟動過程中,，調用了在文件hardware.h中定義的與硬件有關的信息?；贚inux的嵌入式系統(tǒng)的啟動是嚴重依賴于硬件平臺的,，在內核啟動引導前，必須根據(jù)硬件平臺和系統(tǒng)功能,，修改必要的文件[2]。本系統(tǒng)中就修改了hardware.h中的flash,、SDRAM的控制寄存器ROMCON0,、DRAMCON0和SYSCFG等。

　　uCLinux啟動時,，運行一個叫做init的程序,，它是由操作系統(tǒng)啟動的用戶級進程，由它來啟動后面的任務,，包括多用戶環(huán)境,、網(wǎng)絡等。init進程的行為是在函數(shù)simpleinit.c中定義的,，所以可根據(jù)系統(tǒng)的功能定制init進程的行為,，如在本系統(tǒng)中加入了串口控制程序，還可以利用printk函數(shù)打印出必要的調試信息,。當init進程啟動時,，它讀取一個運行控制文件rc和一個配置文件inittab。在嵌入式應用中，一般需要在操作系統(tǒng)運行起來后立刻運行用戶的特定程序,，為此可考慮修改這兩個文件,。本系統(tǒng)中就是恰當?shù)匦薷牧薸nittab文件和rc文件，以使系統(tǒng)啟動后即運行一些特定進程,。在程序inittab.c中修改inittab文件,，然后通過向init進程發(fā)送SIGHUP信號，即kill(1,SIGHUP),，使init進程重新讀取配置文件inittab[3],。

　　inittab.c文件中的部分代碼如下：

　　FILE *pFile;

　　if((pFile=fopen("/etc/inittab","w"))!=NULL){

　　fprintf(pFile,"pollmeter:unknown:/bin/pollmeterrn");

　　fprintf(pFile,"netcomm:unknown:/bin/netcommrn");

　　……

　　}

　　......

　　kill(1,SIGHUP); //init進程的ID等于1

　　……

　　在啟動過程中還有一個重要的鏈接腳本文件，在該文件中指明了內核的入口地址,。

　　總之,，uCLinux的啟動過程也較復雜，其中要調用許多文件,，要能正確的啟動uCLinux操作系統(tǒng),，就必須根據(jù)硬件平臺和系統(tǒng)功能，修改相關的源代碼文件,。

　　3 結束語

　　本文分析了內核的啟動引導過程,，并根據(jù)應用系統(tǒng)的特點修改了啟動代碼以及必要的相關文件，完成了uCLinux內核的正確引導,。實際應用表明,，本系統(tǒng)的啟動設計正確可靠。