嵌入式uCLinux內核啟動過程分析

引言

　　uCLinux是專門為無MMU處理器設計的嵌入式操作系統，已支持ARM、Motorola等微處理器。目前采用ARM+uCLinux作為嵌入式系統的一種開發模式非常普遍。

　　一個基于uCLinux的完整的嵌入式系統由三個部分組成，即系統引導程序Bootloader、uCLinux操作系統內核和文件系統。嵌入式系統的啟動引導技術是嵌入式系統開發的一個難點，系統啟動引導的成功與否決定了應用程序的運行環境是否能正確建立，系統啟動成功是應用正確運行的前提。而uCLinux內核的啟動過程也是其中重要一環，分析uCLinux的啟動過程，可以加快系統啟動速度、正確建立應用環境。本文要研究的就是uCLinux操作系統內核的啟動過程。

　　1 系統簡介

　　本系統采用SamSung公司的Arm7TDMI內核的S3C4510B處理器，主要利用其強大的網絡功能，與PC機進行網絡通信。該系統的主要功能是利用串口監測一種智能電表，將獲得的數據通過Internet傳給PC機，由PC機再做進一步的處理，將最終結果呈現給用戶。

　　硬件平臺包括一個以ARM為內核的處理器、存儲器使用2MB的Flash和16MB的SDRAM，外部接口除了通信的串口，還外接了一個以太網接口，以支持S3C4510B的網絡功能。軟件平臺由以下部分組成：系統引導程序Bootloader、嵌入式操作系統內核、文件系統。

　　根據內核是否壓縮以及內核是否在本地執行，uCLinux通常有兩種啟動方式：flash本地執行方式和壓縮內核加載方式。本系統采用第二種啟動方案，即內核的壓縮映象固化到flash上，系統啟動時在內存中解壓，然后在內存中執行，這種啟動方式相比第一種方式運行速度更快。

　　2 uCLinux內核啟動過程的實現

　　可將ARM+uCLinux系統的啟動過程總結為以下幾個階段：(1)PC指向復位地址入口處，即0x0H處的Bootloader代碼。Bootloader完成一些基本的初始化，將系統的軟硬件環境帶到一個合適的狀態;(2)Bootloader將控制權交給操作系統內核的引導程序后，開始uCLinux內核的加載;(3)uCLinux內核加載引導完成，啟動init進程，完成系統的引導過程。

　　本系統的啟動方案采用uCLinux自帶的引導程序加載內核。在內核啟動過程中主要調用這幾個文件：head.S(在linux-2.4.xarcharmnommubootcompressed目錄下)、main.c(在linux-2.4.xinitinit目錄下)、simpleinit.c(在userinit目錄下)[1]。實際應用中應根據硬件平臺和系統功能，修改相關文件，以正確地引導系統。

　　當Bootloader將控制權交給內核的引導程序時，第一個執行的程序就是head.S，它完成了加載內核的大部分工作;misc.c則提供加載內核所需要的子程序，其中解壓內核的子程序是head.S調用的重要程序，另外內核的加載還須知道系統的硬件信息，該硬件信息在hardware.h中定義并被head.S所引用。本系統中內核的啟動流程如圖1所示。