关于uclinux系统分析

简介

Linux是一种很受欢迎的操作系统，它与Unix系统兼容，开放源代码。它原本被设计为桌面系统，现在广泛应用于服务器领域。而更大的影响在于它正逐渐的应用于嵌入式设备。uClinux正是在这种氛围下产生的。在uClinux这个英文单词中u表示Micro，小的意思，C表示Control，控制的意思，所以uClinux就是Micro-CONtrol-Linux，字面上的理解就是针对微控制领域而设计的Linux系统。

uClinux小型化的做法

标准Linux可能采用的小型化方法：

1、重新编译内核

Linux内核采用模块化的设计，即很多功能块可以独立的加上或卸下，开发人员在设计内核时把这些内核模块作为可选的选项，可以在编译系统内核时指定。因此一种较通用的做法是对Linux内核重新编译，在编译时仔细的选择嵌入式设备所需要的功能支持模块，同时删除不需要的功能。通过对内核的重新配置，可以使系统运行所需要的内核显著减小，从而缩减资源使用量。

2、制作root文件系统映象

Linux系统在启动时必须加载根(root)文件系统，因此剪裁系统同时包括root file system的剪裁。在x86系统下，Linux可以在Dos下，使用Loadlin文件加载启动。

uClinux采用的小型化方法：

1、uClinux的内核加载方式

uClinux的内核有两种可选的运行方式：可以在flash上直接运行，也可以加载到内存中运行。这种做法可以减少内存需要。

Flash运行方式：把内核的可执行映象烧写到flash上，系统启动时从flash的某个地址开始逐句执行。这种方法实际上是很多嵌入式系统采用的方法。

内核加载方式：把内核的压缩文件存放在flash上，系统启动时读取压缩文件在内存里解压，然后开始执行，这种方式相对复杂一些，但是运行速度可能更快(ram的存取速率要比flash高)。同时这也是标准Linux系统采用的启动方式。

2、uClinux的根(root)文件系统

uClinux系统采用romfs文件系统，这种文件系统相对于一般的ext2文件系统要求更少的空间。空间的节约来自于两个方面，首先内核支持romfs文件系统比支持ext2文件系统需要更少的代码，其次romfs文件系统相对简单，在建立文件系统超级块(superblock)需要更少的存储空间。Romfs文件系统不支持动态擦写保存，对于系统需要动态保存的数据采用虚拟ram盘的方法进行处理(ram盘将采用ext2文件系统)。

3、uClinux的应用程序库

uClinux小型化的另一个做法是重写了应用程序库，相对于越来越大且越来越全的glibc库，uClibc对libc做了精简。

uClinux对用户程序采用静态连接的形式，这种做法会使应用程序变大，但是基于内存管理的问题，不得不这样做(这将在下文对uClinux内存管理展开分析时进行说明)，同时这种做法也更接近于通常嵌入式系统的做法。

uClinux的开发环境

GNU开发套件

Gnu开发套件作为通用的Linux开放套件，包括一系列的开发调试工具。主要组件：

Gcc： 编译器，可以做成交叉编译的形式，即在宿主机上开发编译目标上可运行的二进制文件。

Binutils：一些辅助工具，包括 objdump(可以反编译二进制文件)，as(汇编编译器)，ld(连接器)等等。

Gdb：调试器，可使用多种交叉调试方式，gdb-bdm (背景调试工具)，gdbserver(使用以太网络调试)。

uClinux的打印终端

通常情况下，uClinux的默认终端是串口，内核在启动时所有的信息都打印到串口终端(使用printk函数打印)，同时也可以通过串口终端与系统交互。　　uClinux在启动时启动了telnetd(远程登录服务)，操作者可以远程登录上系统，从而控制系统的运行。至于是否允许远程登录可以通过烧写romfs文件系统时有用户决定是否启动远程登录服务。

交叉编译调试工具

支持一种新的处理器，必须具备一些编译，汇编工具，使用这些工具可以形成可运行于这种处理器的二进制文件。对于内核使用的编译工具同应用程序使用的有所不同。在解释不同点之前，需要对gcc连接做一些说明：

.ld(link description)文件：ld文件是指出连接时内存映象格式的文件。

crt0.S：应用程序编译连接时需要的启动文件，主要是初始化应用程序栈。

pic：position independence code ，与位置无关的二进制格式文件，在程序段中必须包括reloc段，从而使的代码加载时可以进行重新定位。

内核编译连接时，使用ucsimm.ld文件，形成可执行文件映象，所形成的代码段既可以使用间接寻址方式(即使用reloc段进行寻址)，也可以使用绝对寻址方式。这样可以给编译器更多的优化空间。因为内核可能使用绝对寻址，所以内核加载到的内存地址空间必须与ld文件中给定的内存空间完全相同。

应用程序的连接与内核连接方式不同。应用程序由内核加载(可执行文件加载器将在后面讨