嵌入式系统嵌入式讲稿.ppt
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1、关于嵌入式系统嵌入式关于嵌入式系统嵌入式第一页,讲稿共六十二页哦一、嵌入式一、嵌入式LinuxLinux的定义的定义l嵌入式嵌入式Linux(Embedded Linux)Linux(Embedded Linux)是指对是指对LinuxLinux经过小型化裁剪后,能够固化在经过小型化裁剪后,能够固化在容量只有几容量只有几K K字节或几字节或几M M字节的存储器芯字节的存储器芯片或单片系统中,应用于特定嵌入式场片或单片系统中,应用于特定嵌入式场合的专用合的专用LinuxLinux操作系统操作系统第二页,讲稿共六十二页哦嵌入式嵌入式LinuxLinux的优势的优势 lLinuxLinux系统是层次
2、结构且内核完全开放系统是层次结构且内核完全开放l强大的网络支持功能强大的网络支持功能lLinuxLinux具备一整套工具链,容易自行建具备一整套工具链,容易自行建立嵌入式系统的开发环境和交叉运行环立嵌入式系统的开发环境和交叉运行环境,并且可以跨越嵌入式系统开发中仿境,并且可以跨越嵌入式系统开发中仿真工具的障碍真工具的障碍lLinuxLinux具有广泛的硬件支持特性具有广泛的硬件支持特性第三页,讲稿共六十二页哦嵌入式嵌入式LinuxLinux面临的挑战面临的挑战l1 1、扩充、扩充LinuxLinux的实时系统的实时系统l2 2、改变、改变LinuxLinux内核的体系结构内核的体系结构l3、完
3、善、完善Linux的集成开发环境的集成开发环境第四页,讲稿共六十二页哦1 1、扩充、扩充LinuxLinux的实时系统的实时系统l内核不支持事件优先级和抢占实时特内核不支持事件优先级和抢占实时特性性l对对LinuxLinux实时性的扩展可以从两方面进实时性的扩展可以从两方面进行行:向外扩展(让实时系统支持的范围更广,支持的设备更多)向上扩展(扩充Linux内核,从功能上扩充Linux的实时处理和控制系统)第五页,讲稿共六十二页哦lRT-LinuxRT-Linux的做法的做法Linux本身的任务以及Linux内核本身作为一个优先级最低的任务实时任务作为优先级最高的任务实时任务以Linux的内核模
4、块(Loadable Kernel Module,LKM)的形式存在第六页,讲稿共六十二页哦2、改变、改变Linux内核的体系结构内核的体系结构lMonolithic内核体系内核体系lMicroKernel体系体系l执行效率执行效率l内核的体积内核的体积l升级、维护和移植升级、维护和移植第七页,讲稿共六十二页哦微内核技术微内核技术l缺点:操作系统的服务模块在独立的缺点:操作系统的服务模块在独立的地址空间运行,使得进程间通信和上地址空间运行,使得进程间通信和上下文切换的系统开销大大增加,降低下文切换的系统开销大大增加,降低了系统效率。了系统效率。第八页,讲稿共六十二页哦3、完善、完善Linux的
5、集成开发环境的集成开发环境lLinux在基于图形界面的特定系统定在基于图形界面的特定系统定制平台的研究上,与制平台的研究上,与Windows操作系操作系统相比还存在差距统相比还存在差距第九页,讲稿共六十二页哦POSIX实时扩展实时扩展lPOSIX(PortableOperatingSystemInterface)是为标准化类)是为标准化类UNIX操作系统所必须具有的特征和接操作系统所必须具有的特征和接口而制定,其思想就是为了增强为类口而制定,其思想就是为了增强为类UNIX操作系统编写的软件的可移植性操作系统编写的软件的可移植性第十页,讲稿共六十二页哦二、嵌入式二、嵌入式linux开发开发l最小
6、的嵌入式最小的嵌入式Linux系统仅需要三个基本元素:系统仅需要三个基本元素:引导实用程序Linux微内核,由内存管理、进程管理和定时服务构成初始化过程l硬件驱动程序 一个或多个应用进程,以提供所需功能 第十一页,讲稿共六十二页哦面向嵌入式面向嵌入式Linux Linux 系统的系统的图形用户界面图形用户界面lMicroWindows/NanoXMicroWindows/NanoX开放源码无任何硬件加速能力图形引擎中存在许多低效算法代码质量较差lOpenGUIOpenGUI可移植性稍差lQt/EmbeddedQt/Embedded低的程序效率、大的资源消耗lMiniGUIMiniGUI第十二页
7、,讲稿共六十二页哦嵌入式嵌入式Linux开发开发l了解硬件了解硬件l针对所用针对所用CPU的编译器的编译器/汇编器汇编器/连接器连接器,相应的相应的库工具库工具,目标文件分析目标文件分析/管理工具管理工具,符号查看器符号查看器l编程器,下载工具和查错器编程器,下载工具和查错器l安排内存地址安排内存地址l编写启动代码和机器相关代码:硬件初始化,装编写启动代码和机器相关代码:硬件初始化,装载内核及安装根文件系统以及开始内核执行载内核及安装根文件系统以及开始内核执行l驱动程序驱动程序第十三页,讲稿共六十二页哦嵌入式Linux的一般开发步骤:精简内核系统启动驱动程序开发界面开发:将X-Window换成
8、MicroWindows第十四页,讲稿共六十二页哦精简内核精简内核构造内核的常用命令包括:makeconfig、dep、clean、mrproper、zImage、bzImage、modules、modules_install。使用makeconfig去掉多余功能。./Makefile./arch/i386/kernel/Makefile第十五页,讲稿共六十二页哦系统启动l系统启动的相关文件如下:系统启动的相关文件如下:./arch/$ARCH/boot/bootsect.s./arch/$ARCH/boot/setup.s./init/main.cbootsect.S及及setup.S第十六
9、页,讲稿共六十二页哦驱动程序驱动程序在Linux系统里,设备驱动程序提供一组入口点,它们由一个结构在设备驱动程序初始化的时候向系统进行登记,以便系统在适当的时候调用。Linux系统里,通过调用register_chrdev向系统注册字符型设备驱动程序。第十七页,讲稿共六十二页哦添加驱动程序1.直接修改系统核心的源代码,把设备驱动程序加进核心里2.把设备驱动程序作为可加载的模块,由系统管理员动态地加载它,使之成为核心的一部分。第十八页,讲稿共六十二页哦驱动程序模块Linux中,模块可以用C语言编写,用gcc编译成目标文件(不进行链接,作为*.o文件存在)。为此需要在gcc命令行里加上-c的参数。
10、在成功地向系统注册了设备驱动程序后(调用register_chrdev),就可以用mknod命令来把设备映射为一个特别文件。其它程序需要使用这个设备的时候,对此特别文件进行操作。第十九页,讲稿共六十二页哦三、三、linux启动流程启动流程l1加电或复位加电或复位l2BIOS的启动的启动l3BootLoaderl4操作系统初始化操作系统初始化第二十页,讲稿共六十二页哦1加电或复位加电或复位l冷启动过程开始,中央处理器进入复位冷启动过程开始,中央处理器进入复位状态,将内存中的所有数据清零,对内状态,将内存中的所有数据清零,对内存进行校验,如果没错,存进行校验,如果没错,CS寄存器将置寄存器将置入入
11、FFFF,IP寄存器置入寄存器置入0000,这个,这个CS:IP组合指向的是组合指向的是BIOS的入口。系统就是这的入口。系统就是这样进入样进入BIOS启动过程的。启动过程的。第二十一页,讲稿共六十二页哦2BIOS启动启动l上电自检上电自检POST(PowerOnSelfTest)l对系统内的硬件设备进行监测和连接对系统内的硬件设备进行监测和连接l最后,最后,BIOS将从软盘或硬盘上读入将从软盘或硬盘上读入BootLoader.如果从硬盘启动,如果从硬盘启动,BIOS将读入该盘的零柱面零磁道将读入该盘的零柱面零磁道1扇扇区(区(MBR),这个扇区上就放着这个扇区上就放着BootLoader.第
12、二十二页,讲稿共六十二页哦2BIOS启动启动l除了启动程序,除了启动程序,BIOS还提供了一组中断以还提供了一组中断以便于对硬件设备的访问。我们知道,当键便于对硬件设备的访问。我们知道,当键盘上的某一键被按下,盘上的某一键被按下,CPU就会产生一个就会产生一个中断并把这个键的信息读入。中断并把这个键的信息读入。l在操作系统没有被装入以前(在操作系统没有被装入以前(Bootsect.S还没有被读入),中断的响应程序由还没有被读入),中断的响应程序由BIOS提供。提供。第二十三页,讲稿共六十二页哦3BootLoaderlBootLoader是一段汇编代码,存放是一段汇编代码,存放在在MBR中,它的
13、主要作用就是将系统中,它的主要作用就是将系统启动代码读入内存。启动代码读入内存。第二十四页,讲稿共六十二页哦3BootLoaderl因为在启动过程中,因为在启动过程中,BIOS会把会把BootLoader读入内存,并把控制权交给它。读入内存,并把控制权交给它。MBR(硬盘启动)内的代码就是(硬盘启动)内的代码就是BootLoader或者它的一部分,为了或者它的一部分,为了说明说明Bootloader的实现,先解释磁的实现,先解释磁盘结构。盘结构。第二十五页,讲稿共六十二页哦3BootLoaderl一个硬盘在一个硬盘在DOS文件系统下可被分为四个基本分区,可以文件系统下可被分为四个基本分区,可以
14、把一个基本分区定义为一个扩展分区,然后再把这个基本把一个基本分区定义为一个扩展分区,然后再把这个基本分区分为一个或多个逻辑分区。分区分为一个或多个逻辑分区。l整个硬盘的分区表存放在硬盘的第一个扇区(整个硬盘的分区表存放在硬盘的第一个扇区(MBR),),每个扩展分区也对应一个分区表,它存放在该扩展分区对每个扩展分区也对应一个分区表,它存放在该扩展分区对应的第一个扇区里。应的第一个扇区里。l除主引导扇区外,每个基本分区和扩展分区也有自己除主引导扇区外,每个基本分区和扩展分区也有自己的引导扇区,结构与的引导扇区,结构与MBR相同,但逻辑分区的引导扇区不相同,但逻辑分区的引导扇区不能用于启动。能用于启
15、动。第二十六页,讲稿共六十二页哦3BootLoaderl如果是硬盘启动,如果是硬盘启动,BootLoader将查将查找主分区表中标记为活动分区的表项,找主分区表中标记为活动分区的表项,把该表项对应的分区的引导扇区读入,把该表项对应的分区的引导扇区读入,然后将控制权交给该扇区内的引导程然后将控制权交给该扇区内的引导程序。序。第二十七页,讲稿共六十二页哦3BootLoaderl如果计算机上装有不只一个操作系统,如果计算机上装有不只一个操作系统,仅仅仅仅MS-DOS的的BootLoader无法完无法完成这种工作,需要一个可以多重起动成这种工作,需要一个可以多重起动的工具,下面介绍的工具,下面介绍Li
16、nux下最常用的下最常用的LILO.第二十八页,讲稿共六十二页哦3BootLoaderlLILO实际上是一个在实际上是一个在Linux环境下编写的环境下编写的BootLoader程序,主程序,主要功能是引导要功能是引导Linux操作系统的启动。操作系统的启动。lLILO的功能实际上是有几个程序共同实现的,它们是:的功能实际上是有几个程序共同实现的,它们是:(1)MapInstaller这是这是LILO用于管理启动文件的程序。它将用于管理启动文件的程序。它将bootloader写入引导分区,创建纪录文件以映射内核的启动。写入引导分区,创建纪录文件以映射内核的启动。(2)Thebootloader
17、它负责把它负责把Linux内核或其他操作系统内核或其他操作系统的引导分区读入内存。还提供命令行接口,让用户选择从的引导分区读入内存。还提供命令行接口,让用户选择从哪个操作系统启动和加入启动参数。哪个操作系统启动和加入启动参数。(3)其他文件:主要包括用于存放)其他文件:主要包括用于存放MapInstaller记录的记录的map文文件和存放件和存放LILO配置信息的配置文件。配置信息的配置文件。第二十九页,讲稿共六十二页哦4进入操作系统进入操作系统lBootLoader做了这么多工作,一言做了这么多工作,一言以蔽之,只是把操作系统的代码调入以蔽之,只是把操作系统的代码调入内存,所以当它执行完后,
18、自然该把内存,所以当它执行完后,自然该把控制权交给操作系统,由操作系统的控制权交给操作系统,由操作系统的启动程序来完成剩下的工作。启动程序来完成剩下的工作。第三十页,讲稿共六十二页哦4进入操作系统进入操作系统l把控制权交给把控制权交给Setup.S这段程序这段程序l进入保护模式,同时把控制权交给进入保护模式,同时把控制权交给Head.SlHead.S调用调用/init/main.C中的中的start_kernel函数函数,启动程序从启动程序从start_kernel()函数继续执行函数继续执行第三十一页,讲稿共六十二页哦4进入操作系统进入操作系统(1)Setup.Sl首先,首先,Setup.S
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