从RTOS到嵌入式Linux的应用移植步骤以及相关的关键技术分析.doc

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1、从RTOS到嵌入式Linux的应用移植步骤以及相关的关键技术分析从RTOS到嵌入式Linux的应用移植步骤以及相关的关键技术分析引言　　在过去几年中，Linux成功地取代了一些最主要的传统RTOS（实时操作系统）平台，成为了各种各样的嵌入式设备和应用中首选的嵌入式操作系统。尽管一度曾被认为是不重要的平台，但今天嵌入式Linux已经成为主流，广泛应用于消费电子、手持和无线设备、数据联网以及电信设备等领域。Google公司在2007年11月发布的Android手机操作系统正是基于Linux内核的操作系统，使得Linux在数字移

2、动电话业取得跨越式发展。　　笔者在从台式频谱仪到手持式频谱仪的项目研发中实现了RTOS到Linux的应用移植。本文介绍了整体的设计思路和一些关键问题的实现细节。1　RTOS到Linux的移植分析　　几乎所有的RTOS都有一个简单的编程模型，它由多线程的执行（通常称为任务）构成，包含在单一的地址空间中。在RTOS中，单一主程序下多任务同时运行，具有很高的实时响应能力。　　过去大多数嵌入式处理器没有内存管理单元，因此RTOS是单地址空间模式，即它们的物理地址和逻辑地址都是一样的。然而目前大多数的中高端处理器配备了MMU（内存管

3、理单元）。在MMU的支持下，Linux采用虚拟内存管理，将地址空间分为物理地址和虚拟地址，因此系统操作硬件时要进行地址映射。　　根据两类系统的体系结构，RTOS移植到Linux的基本框架如图1所示。　　　　由图1可看出，移植的基本步骤为：　　①RTOS的全部应用代码移植到一个Linux单进程；　　②RTOS的任务转换成Linux线程；　　③RTOS的物理地址空间映射到Linux的虚拟地址空间。　　在具体的应用移植过程中，还应考虑在Linux系统下解决上层应用实时响应底层硬件中断，应用层与内核层的异步通信、数据交换，以及多进

4、程、多线程的设计等问题。2　RTOS到Linux的移植实现　　2.1　地址映射　　多数RTOS是针对较早的无MMU的CPU而设计，所以忽略了内存管理部分，即使当MMU问世后也是这样——不区分物理地址和虚拟地址。大多数RTOS还全部运行在特权模式，虽然表面上看来是增强了性能，但全部的RTOS应用和系统代码都能够访问整个地址空间、内存映射过的设备以及其他I/O操作。这样，即使存在差别，也很难把RTOS应用程序代码同驱动程序代码区分开来。　　对于当前包含MMU的处理器而言，Linux系统提供了复杂的存储管理系统，使得进程所能访问

5、的虚拟内存达到4GB。　　在Linux系统中，进程的4GB虚拟内存空间［1］被分为两个部分——用户空间与内核空间。用户地址空间一般分布为0~3GB，剩下的3~4GB为内核空间。上层应用程序通常情况下只能访问用户空间的虚拟地址，不能访问内核空间的虚拟地址。应用程序只有通过系统调用（代表应用程序进程在内核态执行）等方式才可以访问到内核空间。　　而外设I/O资源是不在Linux内核虚拟地址空间中的（如SRAM或硬件接口寄存器等），若需要访问某外设I/O资源，必须先将其物理地址映射到内核虚拟地址空间中，然后才能在内核空间中访问它。

6、　　Linux内核访问外设I/O资源的方式有两种：静态映射（map_desc）和动态映射（ioremap）。对于静态映射，内核在系统启动时通过map_desc结构体静态创建I/O资源到内核地址空间的线性映射表（即pagetable），这种映射表是一一映射的关系。开发人员可以自定义该I/O内存资源映射后的虚拟地址。创建好了静态映射表，在内核或驱动中访问该I/O资源时则无需再进行ioremap映射，可以直接通过映射后的I/O虚拟地址去访问它。　　这里主要讨论更常用的动态映射方式。动态映射方式是直接通过内核提供的ioremap函

7、数动态创建一段外设I/O内存资源到内核虚拟地址的映射表，从而可以在内核空间中访问这段I/O资源。代码如下：　　#definebcon*（volatileunsignedlong*）ioremap（0x56000010，4）//动态映射　　上述代码的含义是将0x56000010开始的4字节的物理地址映射到内核的虚拟地址中，返回的起始虚拟地址值赋给bcon宏定义。对宏定义的操作即对物理地址的操作。　　ioremap宏定义在asm/io.h内：　　#defineioremap（addr，size）__ioremap（addr，s

8、ize，0）　　__ioremap函数原型为（arm/mm/ioremap.c）：　　void__iomem*__ioremap（unsignedlongphys_addr，size_tsize，unsignedlongflags）;　　其中，phys_addr为要映射的起始的I/O地址；size为要映