第三章ｕｃ“ｍｘ源码及程序的开发
试信息都通过Ｐｒｉｎｔｋ例程通过这个调试终端来输出。
（５）文件系统（ＦｉｌｅｓｙｓｔｅⅢ）：支持多种文件系统是Ｌｉｎｕｘ一个重要的特性，ｕｃＬｉｎｕｘ同样把
Ｓ．ＲＡＭＦＳ．ＮＦｓ。其中，ＲＯＭＦｓ是 这一特性带进了嵌入式系统中．这些文件系统包括ＲｏＭＦＳ，Ｅｘｔ２ＦｉｌｅｓｙｓｔｅⅢ）。根文 晟简单的只读文件系统，所占用的空间最少，默认用它来做根文件系统（ｒ００ｔｆ
件系统里存放ｌｉｎｕｘ启动时要用到的设各文件，配置文件，和应用程序，例如：／ｄｅｖ／ｔｔｙ０，／ｅｔｃ／ｒｃ，
／ｂｉｎ／ｉｎｉｔ。／ｂｉｎ／ｓｈ，等等。
（６） 运行时间库（ｕｎｔｉｍｅＬｃＲｉｂ）及应用程序：运行时间库提供了用户程序和内核程序的接
口。尽管许多人认为他们的系统是ｕｃＬｉｎｕｘ系统（指运行内核）．但大部分系统的性能
不是由内核决定的，而是由Ｃ时间库决定的。例如，运行时间库将一条ｐｔｒｉｎｔｆ语句转
换为一个系统调用（ｓｙｓ且ｉｔｅ），将输出发送到标准输出上。系统调用库也必须根据系
统的要求进行裁减。ｕｃｌｉｂｃ就是经过裁减后的适用于嵌入式设备的ｃ一运行时间库。 它由ＧＮＵ ９１ｉｂｃ库移植而来。除了去掉了大部分不适合嵌入式系统的代码以外，还对
应用程序的入口代码，系统调用的ＡＰＩ，输入输出过程（Ｉ／ｏｒｏｕｔｉｎｅｓ）等进行了修改， 并增加了对平面存储器结构的支持。
３．１．２源码目录的介绍
下面从具体源代码看，ｕｃＬｉｎｕｘ的源代码组织成以下列结构：根目录是ｕｃＬｉｎｕｘ—ｘｘｘ（例
如：ｕｃＬｉｎｕ）【．Ｓ∞ｓｕｎｇ）。其中，内核放在１ｉｎｕｘ—ｘｘｘ下，（ｘｘｘ是版本号，２．０．ｘ或２．４．ｘ）。一些 应用程序放在ｕｓｅｒ目录下，根文件系统放在ｒｏｍｆｓ下， 预编译好的１ｉｎｕｘ映像放在ｉｍａｇｅｓ下， 包括在ＲＡＭ和ＲｏＭ中运行的映像。系统的启动代码放在ｂｏｏｔ目录下。下面重点描述一下内核的组
织结构：
ａｒｃｈ／ｍｎⅧｕ：与架构和平台相关的代码都放在ａｒｃｈ目录下，针对Ａ跚的ｕｃＬｉｎｕｘ，有一个
子目录和它相对应—ａｍｎ０衄ｕ。如果你要把ｕｃＬｉｎｕｘ移植到另外一个Ａ删板子，大部分的工作就是
修改这个目录下的＿些文件，例如ｋｅｒｎｅｌ／ｈｅａｄ—ｍ＿ａｔⅢｅｌ－Ｓ，ｋｅｒｎｅｌ／ｓｅｔｕｐ．ｃ。
ｄｒｉｖｅｒｓ：这个目录下包含了所有的设备驱动程序。驱动程序又被分成’ｂｌｏｃｋ’。’ｃｈａｒ’， ‘ｎｅｔ’等几种类型。 ｆｓ：这里有支持多种文件系统的源代码，几乎一个目录就是一个文件系统，如ｌＩｓＤＯＳ，ＶＦＡＴ， ｐｒｏｃ，ｅｘｔ２等。虚拟文件系统（ｖＦＳ）给所有各式各样的文件系统提供了一个统一的接口。文件系 统是放在块设备上的，这些块设备由块设备驱动程序来提供支持。
ｉｎｃｌｕｄｅ：相关的头文件。他们被分成通用和平台专用两部分。 目录‘ａ８ｍ一￥（ＡＲ叫）’包含了平 台相关的头文件，在它下面迸一步分成‘”ｃｈ一￥ｍＡｃＨＩＮＥ）’，’ａｒｃｈ一￥（ＰＲＯ吨ｓｓ０Ｒ）’等子目录。与 板子相关的头文件放在ａｒｃｈ～￥（６ｌＡＣ町ＮＥ）’下．与ＣＰＵ相关的头文件放在’ａｒｃｈ一￥（ＰＲｏｃＥｓｓ０Ｒ）’下。
例如，对于Ａ跚７ＴＤＭＩ，‘ｐｒｏｃ—ａｒｍｖ’子目录就会被用到。
ｉｎｉｔ：含一些启动ｋｅｒｎｅｌ所需做的所有初始化动作，里面有一个ｍｉｎｃ针对ｋｅｒｎｅｌ作初始 化动作，设置一些参数等，对外围设备初始化。 ｉｐｃ：提供近程间通讯机制的源代码，如
信号量，消息队列，管道等。 ｋｅｒｎｅｌ：包含进程调度算法的源代码，以及与内和相关的处理程序，例如系统调用。
ｍｎｏｍｕ：在标准ｌｉｎｕｘ中有一个ｍ目录，用来存放内存管理的源代码，包括删。而这个目录
ｎｅｔ：支持网络相关的协议源代码。 １ｉｂ： 包含内核要用到的一些常用函数。例如．字符串操作，格式化输出等。 ｓｃｒｉｐｔ：这个目录中包含了在配置和编译内核时要用到的脚本文件。
是来替换ｍ的，仅仅包含简单的内存分页管理的源代码。
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３．２ｕＣＬｉｎｕｘ下应用程序的开发
３．２．１应用程序开发的注意点
我们知道，在标准１ｉｎｕｘ平台上。已经有了非常丰富且源码开放的应用程序，使得开发者很容 易获得参考编写自己的程序。然而，值得注意的是，由于标准ｌｉｎｕｘ和ｕｃＬｉｎｕｘ之间的差异，许多 已经在标准１ｉｎｕ】【环境中运行很好的程序并不能直接在ｕＣＬｉｎｕｘ环境下工作。这其间的原因可简略 归纳为以下两个方面，一方面。是由于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上的运行的程序需要专门为该类型处理器交叉编译产生，就是前面提到的交
叉编译器；另一方面，ｕｃＬｉｎｕｘ是为了没有内存管理单元（舢）的处理器或控制器设计的，在内存
处理上作了较大的修改和精简，所以在标准Ｌｉｎｕｘ上可以使用的一些函数和系统调用在ｕｃＬｉｎｕｘ上
就有可能行不通了！ 当然在ｕＣＬｉｎｕｘ源码中也有许多开发好的应用例程，具体在／ｕｓｒ／目录下，例如常用的有： ｂｏａ；适合于嵌入式应用的Ｗｅｂｓｅｒｖｅｒ．
ｂｕｓｙｂｏｘ：适合于嵌入式应用的工具软件集； ｆｌａｓｈＷ：Ｆ１ａｓｈ写入程序； ｇ曲ｓｅｒｖｅｒ：目标系统端远程调试程序，与主机上运行的Ｇ册软件配合完成对目标系统上运行的
程序进行远程调试的功能； ｊｆｆｓ—ｔ００ｌｓ：ｊｆｆｓ文件系统（适合Ｆ１ａｓｈ
存储器的）工具软件： ｐｉｎｇ：网络测试程序ｐｉｎｇ． ｔｉｐ：串口连接程序；
／ｕｓｒ／目录下所有例子有的可以直接利用，即在配置内核时把它选上即可使用，如ｐｉｎｇ：而有 的必须针对具体系统情况进行修改，如ｆｌａｓｈｗ。那么在编写自己的应用程序时可以参考这些例程。
３．２．２添加应用程序的具体步骤
在编写完自己的应用程序，下一步该是如何把自己的程序加入到ｕｃＬｉｎｕｘ中去。因为，即然是 嵌入式的应用，通行的做法就是把操作系统与应用软件捆绑在一起，编译成一个二进制文件，再烧 入到ｆｌａｓｈ中。下面具体讨论加入应用程序，同时可参考内核源码／
Ｄｏｃｌｌｍｅｎｔａｔｉｏｎ／Ａｄｄｉｎｇ－Ｕｓｅｒ＿Ａｐｐｓ＿ＨＯＷＴ０的文件：
第一步：首先在ｕｓＥⅣ目录下建立自己的文件夹如。ｆｏｏ，然后在新建文件夹（?）下编辑自 己的应用程序，?＿ｃ，然后参照ＵＳＥＲ目录下其他应用程序的ｍａｋｃ皿ｅ，编写自己的ｍｋｃ丘ｋ，然后
在该自己目录下运行ｍａｋｅ命令生成目标文件（这一步不一定要）！
第二步：在ｕⅫ皿讧ａｋｅ母ｅ中加入下行语句： ｄｉｒ
Ｓ职ＦＯＩｏ－￥（ｏＤｌ呵ＦⅢＧ ＵＦｏＯ）
最好按照字母的顺序插入原有的语句中；
＋ｔ劬 第三步：在ｃ衄蜘娟ｇｕｒｅｊｌｅ岫中添加：
第四步：在ｃｏｎ丘ｇ，ｃｏⅡｆｉｇｊｎ中添加：
Ｃｏ】娜硼３ＵＦ００Ｆ００ＳＥＲＴｈｉｓｐｄ∞ｓｔｏ ｙａ璐． ｒｏＩ｝阻ｍｆｂ∞ｙ血ｉｎｇｓｏｕｒｂ
ｂｏｏｌ伽’
第五步：ｍａｋｃ丘ｌｅ例子：
Ｅ）（ＥＣ＝ｆ（ｍ
ＣＯＮＦＩＧ ＵＳＥＲ Ｆｏｏ．－ｆ＇ｏＯ
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第三章ｕｃＬｊｍｘ源码及程序的开发
ＯＢＪＳ－ｆｏｏ～
ａｌｌ：￥饵）匝Ｃ） ￥皿）ｍＣ）：￥（ｏＢＪｓ）
￥∞ｏ￥（ＬＤ凡ＡＧＳ）＿ｏ￥＠￥（ｏ町Ｓ）￥（ＬＤＵＢＳ）
ｒｏｍｆｓ：
￥（Ｉ∞ＭＦＳ矾ＳＤ ／ｂｉｎ／￥饵Ⅺ狐）
ｄｅａｎ：
．ｍｌ－ｆ￥（ＥⅫＣ）＋．ｃｌｆ‘．ｇｄｂ‘．ｏ
在把应用程序加入到系统后，就涉及到应用程序的启动问题，一般调试时是通过控制台来输入
程序命令的，而在实际应用当中。不一定有交互硬件．如键盘等，很多时候就是上电即启动，这在 ｕｃＬｉｎｕｘ的中也是容易实现的，只需在ｕｃＬｉＭｘ—Ｓ∞ｓｕｎｇ＼ｖｅｎｄｏｒｓ＼ｓ∞ｓｕｎｇ＼４５１０Ｂ＼ｒｃ文件（以 ｕＣＬｉｎｕｘ＿Ｓａｍｓｕｎｇ－２００２０５２２为例）添加程序命令即可。
３．３ ｕＣＬｉｎｕｘ下驱动程序的开发
３．３．１驱动程序的概述
设备驱动程序是内核和机器硬件之间的接口，其设计的好坏直接影响系统运行的稳定性和运行 效率。根据不同的设备，驱动程序可分为两类：字符设备和块设备；前者是直接读取数据，即Ｉ／Ｏ 接口的请求直接被送到设各上；而后者的数据是通过内核缓冲区进行传输的。ｌｉｎｕｘ驱动程序的编 译有两种方式：即静态编译进内核，和编译成模块供动态加载或卸载。由于ｕｃＬｉｎｌｌｘ不支持动态加 载或卸载，故只能采取静态编译的方式。因为涉及到对硬件的操作而容易使系统崩溃，所以编写设 备驱动程序时除了强调高效，同时还要求安全。
一个典型的驱动程序，大体上可以分为以下两个方面： （１） 注册设备：在系统初启时。必须将设备登记到相应的设备数组，例如：对于字符驱动设
备来说，要使用ｒｅｇｉｓｔｅｒ＿ｃＩｌｒｄｅｖ（）来注册设备的驱动号．然后对这个设备的所有调用 都用这个设备号来实现； （２） 定义功能函数：对于每一个驱动函数来说，都有一些和此设备密切相关的功能函数，
Ｏ、ｉｏｃｔｒ０１（）这一 就最常用的字符设备来说，都存在着诸如０ｐｅｎ（）、ｒｅａｄ（）、１ｒｒｉｔｅ
类的操作。当系统调用这些操作时，将自动的使用ｆ订ｅ－ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ结构中对应的函数 来实现具体的操作；
在编写驱动程序前，不得不提ｆｉｌｅ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ这个结构，每个设备都有自己的 ｆｉｌｅ－０ｐｅｒａｔｉｏｎｓ结构，它定义了设备的基本入口点，即上面提到的功能函数，具体可参见《ＵＮｕｘ
‘
设备驱动程序》一书。
３．３．２添加驱动程序的步骤
驱动程序的使用可以按照两种方式编译，一种是静态编译进内核，另一种是编译成模块以供动
态加载。由于ｕｃＬｉｎｕ】（不支持模块动态加载，而且嵌入式ＬＩＮＵ）（不能够象桌面ＬＩＮＵＸ那样灵活的使
用ｉｎｓｍｏｄ／ｍｏｄ加载卸载设备驱动程序，因而这里只介绍将设备驱动程序静态编译进ｕｃＬｉｎｕｘ内核
的方法。 下面以简单的演示例子，介绍在一个以模块方式出现的驱动程序１ｅｄ．ｃ基础之上，将其编译进
内核的一系列步骤，设备取名为“１ｅｄ”，是ＭＩｃＥＴ既公司的开发板上的数码管（地址为Ｏｘ０６００００００）， 设备号定为２５４，这个驱动程序的目标是让数码管显示０“９中的数字：
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第一步：在目录／ｌｉｎｕｘ一２．４／ｄｒｉｖｅｓ／ｃｈａｒ编写源程序ｌｅｄ．ｃ； 第二步：添加设备ｉ
（１）修改ｌｕｘ一２．４．ｘ／ｄｒｉｖｅｒ／ｃｈａｒ／Ｍａｋｅｆｉ１ｅ在适当位置添加一行：０ｂｊ一￥（ｃ０ＮＦＩＧ－ＬＥＤ）
＋＝１ｅｄ．ｏ
ｏｏｌ （２） ｌｉｎｕｒ２．４．ｘ／ｄｒｉｖｅｒ／ｃｈａｒ／ｃｏｎｆｉｇ．ｉｎ．添加一行： ｂ１ｅｄ ｄｅｖｉｃｅ’
ＣＯＮＦＩＧ＿ＬＥＤ
（３）修改１ｉｎｕｘ一２．４．ｘ／ｄｒｉｖｅｒ／ｃｈ”／ｍｅｍ．ｃ 在适当位置添加：
＃ｉｆｄｅｆ∞ＮＦＩＧ＿ＬＥＤ
ｏｉｄ ｌｅｘｔｅｒｎ ｖｅｄ－ｉｎｉｔ（ｖｏｉｄ）： ＃ｅｎｄｉｆ
同时在ｃｈｒ－ｄｅＬｉｎｉｔ（）函数添加：
＃ｉｆｄｅｆ ＣＯＮＦＩＧ＿ＬＥＤ
ｌｅｄ＿ｉｎｉｔ（）：
＃ｅｎｄｉｆ
（４）修改ｖｅｎｄｏｒ／ｓ∞ｓｕｎｇ／４５１０ｂ／ｌｌａｋｅｆｉｌｅ，建立设备节点； 在１２一一３５１ｅｄ，ｃ，２５４，Ｏ 行间，ＤＥｖＩｃＥ部分添加如下内容
ｅｍｅｖｉｃｅ （５） 腿ｋｅｎｕｃｏｎｆｉ＆在ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｄｅｖｉｃｅ选中ｌｅｄｄ这样在重新编译的内核中，就包含了名为“ｔｅｓｔ”的设备驱动，当然如果要验证这个设备则需
要编写相应的测试应用程序。
第四章ｕｃＬｉ肌ｘ下的文件系统ＪＦＦｓ２
ｉ ｎｕｘ下的文件系统ＪＦＦｓ２ 第四章ｕｃＬ
虽然在目前很多的嵌入式技术的应用系统中并不采用嵌入文件系统，这些应用系统在保存数据
方面都采用直接读写存储器的方式，即把存储器作为一个伪设备来处理，但是随着系统复杂性的增 加，存储器容量的扩大，嵌入文件系统是一种必然趋势。而使用文件系统的好处也显而易见的，使 用文件系统，可将存储器空间当作直观的名称空间，以代替原始的地址空间，不用每次新的应用开 发都从头使用存储器；可以提供与底层存储器无关、清晰的编程接口ＡＰＩ，使上层应用不再关心底 层具体设各，而方便地利用标准接口访问存储器。由于接口的标准化，也保证了程序的层次性，增 加了程序的可移植性。文件系统可以帮助系统管理大量的数据，如程序参数，记录文件等，并能提
供直观接口，方便用户使用；能帮助建立更复杂的应用程序，如数据库等。
在ｕｃＬｉｎｕｘ中，所支持文件系统也有多种，如ｅｘｔ２。ｒｏｍｆｓ，ｆａｔ，ｊｆｆｓ等，ｕｃＬｉｎｕｘ默认的根文 件系统为ｒｏⅢｆｓ：但是前面也提到ｒｏｍｆｓ存在不能动态檫写保存数据的缺陷，对于需要用到动态擦 写数据的系统，一般可采用两种对策：一是采用虚拟Ｒ埘盘，即在内存中开辟一块Ｒ．＾６Ｉ。在其上挂
载既Ｔ２文件系统，把它当作一个ＲＡｊｌ盘使用。其晟大的缺点是系统掉电后Ｒ删盘的内容全部丢失， 即不能掉电保护数据。二是在ｆｌａｓｈ上挂接ＪＦＦＳ或ＪＦＦＳ２文件系统进行处理．不但能够动态擦写数 据，也支持掉电保护数据。
４．１在ｆｌａｓｈ上实现文件系统
文件系统的实现当然需要存储器的支持，而在嵌入式系统中，可作为数据保存的（即支持掉电 保护）的存储器包括有硬盘，电子盘，ｆｌａｓｈ等。硬盘虽然容量可以很大，但在操作和实现比较困 难，电子盘的价格昂贵，所以，大多数系统使用ＦＬＡＳＨ存储器来存放代码和数据，而在ｆｌａｓｈ存储 器上建立文件系统具有普遍的意义１
４．１．１ ｆｌａｓｈ的分类和特点
Ｆｌａｓｈ存储器分ＮＯＲ型和ＮＡＮＤ型两种，ＮＯＲ和ＮＡＮＤ是现在市场上两种主要的非易失闪存技
ＩＩＩＰ术。ＮｏＲ的特点是芯片内执行（】ａ畔ｃＸ。ｃｕｔｅｌａｏｃ），这样应用程序可以直接在ｎ勰ｈ闪存内运行， 不必再把代码读到系统ＲＡＭ中。ＮｏＲ的传输效率很高，在ｌ～４ＭＢ的小容量时具有很高的成本效 益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。ＮＡＮＤ结构能提供极高的单元密度，可以达 到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用ＮＡＮＤ的困难在于ｎａｓｈ的管理和需要特殊的 系统接口。本课题中讨论的是ＮＯＲ型ｎ∞ｈ，下面提及的ｎ∞ｈ没有特殊说明都是指ＮｏＲ型。
Ｒａｓｈ存储器不象普通的块设备，即不能对同一地址写入两次，而是必须先进行耗时的擦除操作， 而且一次必须擦除一个扇区。具体地来讲，在扇区擦除后，所有位都变成为“ｌ”，在写入操作时， 可使得必要的位从“ｌ”变为“Ｏ”，但是要让位从“０”变为“１”，就需要在进行擦除操作，而擦除 操作比较耗时，且在擦除操作时，不能再进行正常的读取操作。ＮＯＲ型ｎ∞ｈ每个扇区的擦除次数
都有限制，一般１０万。１００万次，而写入操作对ｎａｓｈ损耗不大，一般没有次数限制。
ＦＬＡＳＨ存储器接口有两个标准：ＣＦＩ和ＪＥＤＢｃ。ａⅡ为公共ＨＡＳＨ接口，用于帮助程序从ＦＬＡｓＨ
芯片中获取操作方式信息，而不用在程序中硬编码ＦＬＡｓＨ的ｍ；皿ＥＣ用来帮助程序读取ＦＬＡｓＨ
的制造商Ⅲ和设备Ｄ，以确定ＦＬＡＳＨ的大小和算法。 由于上述这些与众不同的特点使得必须要为ｎ∞ｈ存储器开发专用的文件系统，而不能使用已有 的文件系统。
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