構造嵌入式Linux

Linux自身具備一整套工具鏈，容易自行建立嵌入式系統的開發環境和交叉運行環境，并且可以跨越嵌入式系統開發中的仿真工具（ICE）的障礙。內核的完全開放使人們可以自己設計和開發出真正的硬實時系統，軟實時系統在Linux中也容易得到實現。強大的網絡支持使得可以利用Linux的網絡協議棧將其開發成為嵌入式的TCP/IP網絡協議棧。

Linux提供了完成嵌入功能的基本內核和所需要的所有用戶界面，它是多面的。它能處理嵌入式任務和用戶界面。

一個小型的嵌入式Linux系統只需要下面三個基本元素：

*引導工具

*Linux微內核，由內存管理、進程管理和事務處理構成

*初始化進程

如果要讓它能干點什么且繼續保持小型化，還得加上：

*硬件驅動程序

*提供所需功能的一個或更多應用程序。

再增加功能，或許需要這些：

*一個文件系統（也許在ROM或RAM）中

*TCP/IP網絡堆棧

下面我們就從精簡內核、系統啟動、驅動程序將、X-Window換成MicroWindows四個步驟介紹嵌入式Linux的實際開發。

精簡內核

構造內核的常用命令包括：makeconfig、dep、clean、mrproper、zImage、bzImage、modules、modules_install。命令說明略。

現在舉個例子說明一下：

我使用的是Mandrake內附的2.2.15。我沒有修改任何一行程序碼，完全只靠修改組態檔得到這些數據。

首先，使用makeconfig把所有可以拿掉的選項都拿得。

不要floppy；不要SMP、MTRR；不要Networking、SCSI；把所有的blockdevice移除，只留下oldIDEdevice；把所有的characterdevice移除；把所有的filesystem移除，只留下minix；不要sound支援。相信我，我己經把所有的選項都移除了。這樣做之后，我的到了一個188K的核心。

還不夠小嗎?OK，再加上一招，請把下列兩個檔案中的-O3,-O2用-Os取代。

./Makefile

./arch/i386/kernel/

Makefile

這樣一來，整個核心變小了9K，成為179K。

不過這個核心恐怕很難發揮Linux的功能，因此我決定把網絡加回去。把General中的networksupport加回去，重新編譯，核心變成189K。10K就加上個TCP/IPstack，似乎是很上算的生意。

有stack沒有driver也是枉然，所以我把embeddedboard常用的RTL8139的driver加回去，195K。

如果你需要DOS檔案系統，那大小成為213K。如果minix用ext2換代，則大小成長至222K。

Linux所需的內存大約在600K～800K之間。1MB內存就可能可以開機了，但不太有用，因為連載入C程序庫都有困難。2MB內存應該就可以做點事了，但要到4MB以上才可以執行一個比較完整的系統。

因為Linux的filesystem相當大，大約在230K左右，占了1/3的體積。內存管理占了80K，和核心其它部分的總和差不多。TCP/IPstack占了65K，驅動程序占了120K。SysVIPC占了21K，必要的話可以拿掉，核心檔應該可以再小個10K左右。

如果要裁剪核心大小，應該動那里呢?答案很明顯，當然是文件系統。Linux的VFS簡化了檔案系統的設計，buffercache,directorycache增加了系統的效率。但這些embedded系統根本就用處不大。如果可以把它們拿掉，核心可以馬上縮小20K左右。如果跳過整個VFS，直接將文件系統寫成一個driver的型式，應該可以將230K縮減至50K左右。整個核心縮到100K左右。

系統啟動

系統的啟動順序及相關文件仍在核心源碼目錄下，看以下幾個文件：

./arch/$ARCH/boot/

bootsect.s

./arch/$ARCH/boot/setup.s

./init/main.c

bootsect.S及setup.S

這個程序是Linuxkernel的第一個程序，包括了Linux自己的bootstrap程序，但是在說明這個程序前，必須先說明一般IBMPC開機時的動作(此處的開機是指“打開PC的電源”)。

一般PC在電源一開時，是由內存中地址FFFF:0000開始執行(這個地址一定在ROMBIOS中，ROMBIOS一般是在FEOOOh到FFFFFh中)，而此處的內容則是一個jump指令，jump到另一個位于ROMBIOS中的位置，開始執行一系列的動作。

緊接著系統測試碼之后，控制權會轉移給ROM中的啟動程序(ROMbootstraproutine)。這個程序會將磁盤上的第零軌第零扇區讀入內存中，至于讀到內存的哪里呢?--絕對位置07C0:0000(即07C00h處)，這是IBM系列PC的特性。而位于Linux開機磁盤的bootsector上的，正是Linux的bootsect程序。

把大家所熟知的MSDOS與Linux的開機部分做個粗淺的比較。MSDOS由位于磁盤上bootsector的boot程序負責把IO.SYS載入內存中，而IO.SYS則負有把DOS的kernel--MSDOS.SYS載入內存的重任。而Linux則是由位于bootsector的bootsect程序負責把setup及Linux的kernel載入內存中，再將控制權交給setup。

驅動程序

在Linux系統里，設備驅動程序所提供的這組入口點由一個結構來向系統進行說明。

設備驅動程序所提供的入口點，在設備驅動程序初始化的時候向系統進行登記，以便系統在適當的時候調用。Linux系統里，通過調用register_chrdev向系統注冊字符型設備驅動程序。

在Linux里，除了直接修改系統核心的源代碼，把設備驅動程序加進核心里以外，還可以把設備驅動程序作為可加載的模塊，由系統管理員動態地加載它，使之成為核心的一部分。也可以由系統管理員把已加載的模塊動態地卸載下來。Linux中，模塊可以用C語言編寫，用gcc編譯成目標文件（不進行鏈接，作為*.o文件存在）。為此需要在gcc命令行里加上-c的參數。在成功地向系統注冊了設備驅動程序后（調用register_chrdev成功后），就可以用mknod命令來把設備映射為一個特別文件。其它程序使用這個設備的時候，只要對此特別文件進行操作就行了。

將X-Window換成MicroWindows

MicroWindows是使用分層結構的設計方法。允許改變不同的層來適應實際的應用。在最底一層，提供了屏幕、鼠標/觸摸屏和鍵盤的驅動，使程序能訪問實際的硬件設備和其它用戶定制設備。在中間一層，有一個輕巧的圖形引擎，提供了繪制線條、區域填充、繪制多邊形、裁剪和使用顏色模式的方法。在最上一層，提供了不同的API給圖形應用程序使用。這些API可以提供或不提供桌面和窗口外形。目前，MicroWindows支持WindowsWin32/WinCEGDI和Nano-XAPI。這些API提供了Win32和X窗口系統的緊密兼容性，使得別的應用程序可以很容易就能移植到MicroWindows上。