Embedded Linux 技術與概念解析

使用initrd做為root filesystem裝置

將initial RAM disk當成root filesystem來使用，是在Embedded Linux應用上是相當常見的技巧，如果我們想將initial RAM disk當成存放root filesystem的裝置來使用，在開機時，只需要配合root=的kernel開機參數即可。

initramfs

Linus本人在Linux 2.6時代所提出的 initramfs ，是1種更好的 root= 做法。簡單來說，initramfs就是kernel 2.6 的 initrd，initramfs是屬于1種compressed ramfs(ram filesystem)的映像檔。

C鏈接庫

在C鏈接庫方面，除了標準的glibc也被廣泛應用在嵌入式系統領域外，也有一些專門針對嵌入式系統應用所發展的C鏈接庫，像是uClibc以及Diet libc。但是由于現在的ARM9處理器計算效能都很快，平臺也多搭載大容量NAND閃存，所以許多實作都直接使用libc來實作root filesystem。

Linux驅動程序

由于嵌入式系統整體來看，除了軟件開發外，也包含硬件客制化，因此驅動程序在嵌入式系統技術領域中，占了舉足輕重的地位。學習驅動程序需要確實了解硬件的規格與微處理器架構，并且工程師還要能分得清楚哪些東西是接口(interfacing)，也就是與硬件無關的程序(machine-independent);以及哪些是站在第一線做硬件控制的程序(machine-dependent)。各種軟件硬接口與匯流排也都要精通。

了解Linux驅動程序的架構，是進入嵌入式Linux領域的重點功課，因為許多針對ARM9平臺的驅動程序都是參考框架、或是針對特定開發板的實作，因此必須了解Linux驅動程序的架構，并進行修改，以符合自己的開發板與外圍規格。

Linux驅動程序，采取嚴謹的分層式架構設計(layered architecture)，利用分層的架構設計來徹底區分generic device driver(machine independent)與machine dependent driver。

Linux驅動程序透過注冊與回呼的機制來清楚區分每1層的關系。分層架構的實作必須在下層將自己注冊給上層，上層再回呼下層;上層的驅動程序必須提供注冊函數供下層呼叫，下層驅動程序所使用的注冊函數也將決定自己的上層架構。

與user application如何互動，是撰寫驅動程序時所要考慮的重要一環，因此撰寫驅動程序時，要提供什么功能給應用程序引用，就必須事先定義清楚。Linux的 generic device driver層已經幫我們把這些功能定義清楚了。Linux驅動程序如何透過I/O port或I/O memory來控制裝置，也就是與芯片組的溝通，方式是使用Linux kernel所提供的I/O函數來存取并控制實體硬件裝置。

Linux驅動程序的裝置文件

Device files是UNIX系統的獨特觀念，在UNIX系統底下我們把外部的周邊裝置均視為1個檔案，并透過此檔案與實體硬件溝通，這樣的檔案就叫做device files或special files。

Device file的major number代表1個特定的裝置，例如major number 1為”null”虛擬裝置，major number定義于kernel文件目錄Documentation/devices.txt。Minor number代表裝置上的子裝置，例如同1個硬盤上的分割區就用不同的major number來代表，但其major number相同。

我們在設計device driver時，會先透過1個“注冊”(register)的動作，將自己注冊到kernel里，注冊時，我們會指定1個major number參數，以指定此驅動程序所要實作的外圍裝置。當user開啟device file時，kernel便會根據device file的 major number找到對應的驅動程序響應使用者。Minor number則是device driver內部所使用，kernel并不會處理不同的minor number。

Linux 2.6的kobject模型

Linux 2.6在驅動程序的架構方面，加入kobject的概念。kobject以更有系統、組織的方式維護系統里的driver(集中式管理)，但并非改變現有(kernel 2.4以來)的driver架構。在kobject的模型下，可以看到1個platform driver觀念。所謂「platform driver」就是machine- dependent driver，當驅動程序設計師在kernel 2.6底下實作machine-dependent driver時，就要以platform driver的架構來實作。例如，針對我們的目標裝置進行硬件層的驅動程序撰寫時，就要以platform driver的方式來撰寫，實作上，只是多1個注冊到platform driver層的動作而已。

Flash裝置的支持

針對嵌入式系統經常使用的閃存(Flash)儲存裝置，Linux kernel支持JFFS2與NFTL 2個專門針對快閃記億體設計的檔案系統。JFFS2(Journaling Flash File System version 2)是專門針對 NOR 型閃存所設計的檔案系統。NFTL(NAND Flash Translation Layer)則是專門針對NAND型閃存設計的檔案系統。

結論

綜合而言，Embedded Linux是1個平臺、也是一些工具的集合、也是1個嵌入式軟件的開發環境;實作上，Embedded Linux除了會進行kernel的修改、驅動程序的移植或開發外，也會是系統管理與系統整合的再應用，這是一門集大成的技術，并不只是1個嵌入式操作系統，也不只是1套開發工具。