uClinux上的应用程序设计.doc

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1、uClinux上的应用程序设计 uClinux以其优异的性能、免费开放的代码等优点，博得众多嵌入式开发者的青睐。和过去基于简单RTOS甚至没有使用任何操作系统的嵌入式程序设计相比，基于Linux这样的成熟的、高效的、健壮的、可靠的、模块化的、易于配置的操作系统来开发自己的应用程序，无疑能进一步提高效率，并具有很好的可移植性。在前面的章节中，我们已介绍了硬件平台、内核编译、开发环境等内容。如果仅仅有Hardware和OS，这个系统所能做的事情还非常有限。对于一个实际的嵌入式产品而言，所提供的功能和应用是关系到产品成败的重要因素。     我们知道，在主流的Linux平台上，已经有了非常丰富的

2、、开源的应用程序，使得开发者很容易获得前人的成果作为参考，编写更适合自己的程序。然而，对于很多已经在标准Linux环境中工作得很好的程序，并不能直接在uCLinux环境上运行。一方面，是由于嵌入式的uCLinux所使用的处理器和普通PC不同，指令集、CPU结构上的差异导致uClinux上运行的程序需要专门为该类型处理器交叉编译产生；另一方面，uCLinux是为了没有内存管理单元（MMU）的处理器、控制器设计，并做了较大幅度的精简，所以，在标准Linux上可以使用的一些函数和系统调用在uCLinux上有可能就行不通了。因此，我们有必要了解，在uCLinux上的应用程序设计和标准Linux程序

3、设计存在哪些不同之处？应该如何修改，才能让标准Linux程序可以移植到uCLinux上并正常工作呢？如何才能高效地开发uclinux上的应用程序呢？本文旨在对这些问题进行初步的探讨。1uClinux和Linux的异同    uClinux是针对控制领域的嵌入式linux操作系统，它从Linux2.0/2.4内核派生而来，沿袭了主流Linux的绝大部分特性。适合不具备内存管理单元(MMU)的微处理器/微控制器。没有MMU支持是uClinux与主流Linux的基本差异。    标准Linux是针对有MMU的处理器设计的。在这种处理器上，虚拟地址被送到MMU，把虚拟地址映射为物理地址。通过赋予每

4、个任务不同的虚拟－物理地址转换映射，支持不同任务之间的保护。对uCLinux来说，其设计针对没有MMU的处理器，不能使用处理器的虚拟内存管理技术。uCLinux仍然采用存储器的分页管理，系统在启动时把实际存储器进行分页。在加载应用程序时程序分页加载。但是由于没有MMU管理，所以实际上uCLinux采用实存储器管理策略。uCLinux系统对于内存的访问是直接的，所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。操作系统对内存空间没有保护，各个进程实际上共享一个运行空间。一个进程在执行前，系统必须为进程分配足够的连续地址空间，然后全部载入主存储器的连续空间中。    同时，uClinux有着特别小的内核

5、和用户软件空间。熟悉主流Linux的开发者会注意到在uClinux下工作的微小差异，但同样也可以很快熟悉uclinux的一些特性。对于设计内核或系统空间的应用程序的开发者，要特别注意uClinux既没有内存保护，也没有虚拟内存模型，另外，有些内核系统调用也有差异。1.1内存保护    没有内存保护(MemoryProtection)的操作会导致这样的结果：即使由无特权的进程来调用一个无效指针，也会触发一个地址错误，并潜在地引起程序崩溃，甚至导致系统的挂起。显然，在这样的系统上运行的代码必须仔细编程，并深入测试来确保健壮性和安全。对于普通的Linux来说，需要运行不同的用户程序，如果没有内存

6、保护将大大降低系统的安全性和可靠性；然而对于嵌入式uClinux系统而言，由于所运行的程序往往是在出厂前已经固化的，不存在危害系统安全的程序侵入的隐患，因此只要应用程序经过较完整的测试，出现问题的概率就可以控制在有限的范围内。1.2虚拟内存    没有虚拟内存(VirtualMemory)主要导致下面几个后果：    首先，由内核所加载的进程必须能够独立运行，与它们在内存中的位置无关。实现这一目标的第一种办法是一旦程序被加载到RAM中，那么程序的基准地址就“固定”下来；另一种办法是产生只使用相对寻址的代码（称为“位置无关代码”，PositionIndependentCode，简称PIC）。

7、uClinux对这两种模式都支持。  其次，要解决在扁平(flat)的内存模型中的内存分配和释放问题。非常动态的内存分配会造成内存碎片，并可能耗尽系统的资源。对于使用了动态内存分配的那些应用程序来说，增强健壮性的一种办法是用预分配缓冲区池(Preallocatedbufferpool)的办法来取代malloc()调用。由于uclinux中不使用虚拟内存，进出内存的页面交换也没有实现，因为不能保证页面会被加载到RAM中的同