低固存嵌入式系統的uClinux小型化方法

在許多嵌入式系統中，往往只有低容量的固存，比如MCF5282芯片內只有512k FLASH，而有些微處理器固存可能更低。在不外擴固存容量，降低系統穩定性的條件下，特別是在干擾源嚴重的工控環境下，采用短小、精煉的嵌入式操作系統將具有非常大的實用意義。文中以下內容將針對低固存嵌入式系統，討論uClinux的幾種特殊簡化方法，應用這些方法，將非常有助于開發者開發出適合于自已的嵌入式系統。

　　1 內核移植

　　移植前首先要搭建交叉編譯平臺，安裝交叉編譯工具鏈，包括GCC，Binutils，uClibc。準備就緒后即可開始進行移植操作，移植過程中最大困難是如何減小uClinux系統的大小。為此文中從以下兩個方面著手：內核配置級裁剪和內核源代碼級裁剪。

　　1.1 內核配置級裁剪

　　Linux內核采用模塊化的設計，即很多功能塊可以獨立地加上或卸下，開發人員在設計內核時把這些內核模塊作為可選的選項，可以在編譯系統內核時指定。因此一種較通用的做法是對Linux內核重新編譯，在編譯時仔細地選擇嵌入式設備所需要的功能支持模塊，同時刪除不需要的功能。通過對內核的重新配置，可以使系統運行所需要的內核顯著減小，從而縮減資源使用量。對于內核中不支持的設備，可以自已編制設備驅動程序，然后添加進內核。配置完內核，接下來需要對內核源代碼文件的依賴性和完整性進行檢驗，并進行編譯。

　　1.2 內核源代碼級裁剪

　　Linux核心包括：進程管理模塊、內存管理模塊、文件系統、設備驅動模塊、網絡模塊。在內核中文件系統和設備驅動程序占了大比重，約1/3以上，所以去除不必要的文件系統和設備驅動程序將會使內核大小有較大范圍的縮減，這已在上一步驟中實現。所以文件系統的裁剪是重中之重。考慮到制作整個根文件系統的高昂代價，約有700kbyte大小，而一般嵌入式微處理器的FLASH一般小于512kbyte，根本就不可能固化，所以為了縮減系統的大小必須刪除根文件系統，同時也導致內核與應用程序必須一體化。要刪除根文件系統，并不是簡單刪除源代碼，而是一個錯綜復雜的宏大工程。整個系統的框架如圖1所示。

　　在本系統中刪除了根文件系統，但仍保留VFS，主要保持VFS向上層提供統一接口，隱藏下層具體細節等作用，方便開發應用程序。同時針對文件規模小、數量少的嵌入式系統VFS在這里要減小它的規模和簡化它的功能。規模的減小工作主要靠刪除在嵌入式設備不支持的物理文件系統、設備驅動程序及其系統調用的源碼。功能的簡化主要靠簡化部分數據結構和系統調用，這樣可以進一步使系統規模精簡。ReFS文件系統，是根據嵌入式系統的特性開發的一種新的文件系統。具體參見第3節新型文件系統(ReFS)開發。

　　由于根文件系統的缺失帶來一些重大影響，分析如下。