已成功使用uCLinux的案例

合肥華恒的基于coldfire 5272/5407的家庭網(wǎng)關(guān)Soho/Home/VPN Router、基于68EZ328的PDA開發(fā)套件
Maple?信號處理公司基于DragonBallVZ和TMS320C541xx?DSP的DAQStick?系列嵌入式信號處理板卡
珠海萬禾的基于VZ328的多串口設(shè)備Webport2000，基于68VZ328的PDA開發(fā)套件
Lineo 公司的uCsimm、uCdimm開發(fā)套件以及商業(yè)音樂媒體服務(wù)器BMMS－MP3.COM采用
西南交通大學電氣檢測與故障診斷信息研究室的嵌入式電力設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)
NetSilicon公司 NET+Works設(shè)備網(wǎng)絡(luò)平臺(基于ARM7TDMI)－為Wireless Networks 公司的BlueLAN 提供接入點
東軟的智能家庭網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品
愛立信的基于ARM7TDMI藍芽BLIP無線通信設(shè)備
基于ARM7TDMI的Aplio公司的voice-over-IP電話
AXIS公司的AXIS2001網(wǎng)絡(luò)數(shù)碼相機
Adomo公司的家庭機頂盒
Snapsear的VPN安全設(shè)備
瑞士洛桑的Smartdata公司的微型計算機Chipslice

uCLinux內(nèi)存管理
uClinux同標準Linux的最大區(qū)別就在于內(nèi)存管理????????標準Linux使用的虛擬存儲器技術(shù)
?◇標準Linux是針對有內(nèi)存管理單元的處理器設(shè)計的。虛擬地址被送到內(nèi)存管理單元（MMU），把虛擬地址映射為物理地址。采用分頁的方式來載入進程。實際存儲器分割為相同大小的頁面。
◇虛擬存儲器由存儲器管理機制及一個大容量的快速硬盤存儲器支持。它的實現(xiàn)基于局部性原理，當一個程序在運行之前，沒有必要全部裝入內(nèi)存，而是僅將那些當前要運行的那些部分頁面裝入內(nèi)存運行（copy-on-write），其余暫時留在硬盤上程序運行時如果它所要訪問的頁已存在，則程序繼續(xù)運行，如果發(fā)現(xiàn)不存在的頁，操作系統(tǒng)將產(chǎn)生一個頁失效異常，導致操作系統(tǒng)把需要運行的部分加載到內(nèi)存中。必要時操作系統(tǒng)還可以把不需要的內(nèi)存頁交換到磁盤上。
?◇通過賦予每個任務(wù)不同的虛擬--物理地址轉(zhuǎn)換映射(頁表)，還可支持不同任務(wù)之間的保護、共享等。
?◇對于多進程管理當處理器進行進程切換并執(zhí)行一個新任務(wù)時，一個重要部分就是為新任務(wù)切換頁表。

標準Linux系統(tǒng)的內(nèi)存管理功能??
◇可以運行只加載了部分的程序，縮短了程序啟動的時間
??? ◇運行比內(nèi)存還要大的程序。理想情況下應(yīng)該可以運行任意大小的程序 ◇可以使多個程序同時駐留在內(nèi)存中提高CPU的利用率 ◇可以運行重定位程序。即程序可以方于內(nèi)存中的任何一處，而且可以在執(zhí)行過程中移動 ◇寫機器無關(guān)的代碼。程序不必事先約定機器的配置情況 ◇減輕程序員分配和管理內(nèi)存資源的負擔
???? ◇可以進行程序代碼共享 ◇提供內(nèi)存保護，進程不能以非授權(quán)方式訪問或修改頁面，內(nèi)核保護單個進程的數(shù)據(jù)和代碼以防止其它進程修改它們。否則，用戶程序可能會偶然（或惡意）的破壞內(nèi)核或其它用戶程序
??? 代價：內(nèi)存管理需要地址轉(zhuǎn)換表和其他一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，留給程序的內(nèi)存減少了。地址轉(zhuǎn)換增加了每條指令的執(zhí)行時間，而對于有額外內(nèi)存操作的指令會更嚴重。當進程訪問不在內(nèi)存的頁面時，系統(tǒng)處理失效的磁盤I/O操作極耗時間。

uCLinux針對NOMMU的特殊處理
uClinux針對沒有MMU的處理器設(shè)計，不能使用處理器的虛擬內(nèi)存管理技術(shù),但出現(xiàn)簡單和盡量靠攏標準Linux得需要，uClinux仍然沿用標準Linux的分頁內(nèi)存管理結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)在啟動時把實際存儲器進行分頁，但實際上采用的是實存儲器管理策略。
uClinux系統(tǒng)對于內(nèi)存的訪問是直接的，（它對地址的訪問不需要經(jīng)過MMU，而是直接送到地址線上輸出），所有程序中訪問的地址都是實際的物理地址。
操作系統(tǒng)對內(nèi)存空間沒有保護（這實際上是很多嵌入式系統(tǒng)的特點），各個進程實際上共享一個運行空間（沒有獨立的地址轉(zhuǎn)換表）。
一個進程在執(zhí)行前，系統(tǒng)必須為進程分配足夠的連續(xù)地址空間，然后全部載入主存儲器的連續(xù)空間中。由于程序加載地址與預期（ld文件中指出的）通常都不相同，這樣relocation過程就是必須的。
磁盤交換空間無法使用的，系統(tǒng)執(zhí)行時如果缺少內(nèi)存將無法通過磁盤交換來得到改善。

uCLinux對開發(fā)人員提出的更高要求
從易用性來說，uClinux的內(nèi)存管理實際上是一種倒退，退回了到了UNIX早期或是Dos系統(tǒng)時代。開發(fā)人員不得不參與系統(tǒng)的內(nèi)存管理。從編譯內(nèi)核開始，開發(fā)人員必須告訴系統(tǒng)這塊開發(fā)板到底擁有多少的內(nèi)存。
由于應(yīng)用程序加載時必須分配連續(xù)的地址空間，而針對可連續(xù)地址分配內(nèi)存大小是受限的，開發(fā)人員在開發(fā)應(yīng)用程序時必須考慮內(nèi)存的分配情況并關(guān)注應(yīng)用程序需要運行空間的大小。另外由于采用實存儲器管理策略，
用戶程序同內(nèi)核以及其它用戶程序在一個地址空間，程序開發(fā)時要保證不侵犯其它程序的地址空間，以使得程序不至于破壞系統(tǒng)的正常工作，或?qū)е缕渌绦虻倪\行異常。從內(nèi)存的訪問角度來看，開發(fā)人員的權(quán)利增大了（開發(fā)人員在編程時可以訪問任意的地址空間），但與此同時系統(tǒng)的安全性也大為下降。
從嵌入式設(shè)備實現(xiàn)的功能來看，嵌入式設(shè)備通常在某一特定的環(huán)境下運行，只要實現(xiàn)特定的功能，其功能相對簡單，內(nèi)存管理的要求完全可以由開發(fā)人員考慮。

uCLinux內(nèi)核加載方式
?? uCLinux的內(nèi)核有兩種可選的運行方式：可以在flash上直接運行，也可以加載到內(nèi)存中運行。后者可以減少內(nèi)存需要。 ??? Flash運行方式(XIP)：把內(nèi)核的可執(zhí)行映像燒寫到flash上，系統(tǒng)啟動時從flash的某個地址開始逐句執(zhí)行。這種方法實際上是很多嵌入式系統(tǒng)采用的方法。 ??? 內(nèi)核加載方式：把內(nèi)核的壓縮文件存放在flash上，系統(tǒng)啟動時讀取壓縮文件在內(nèi)存里解壓，然后開始執(zhí)行，這種方式相對復雜一些，但是運行速度可能更快（RAM的存取速率要比Flash高）。

uCLinux根（root）文件系統(tǒng)
?? uCLinux系統(tǒng)采用romfs文件系統(tǒng)，這種文件系統(tǒng)相對于一般的ext2文件系統(tǒng)要求更少的空間?？臻g的節(jié)約來自于兩個方面：首先內(nèi)核支持romfs文件系統(tǒng)比支持ext2文件系統(tǒng)需要更少的代碼；其次romfs文件系統(tǒng)相對簡單，在建立文件系統(tǒng)超級塊（superblock）需要更少的存儲空間。Romfs文件系統(tǒng)不支持動態(tài)擦寫保存，對于系統(tǒng)需要動態(tài)保存的數(shù)據(jù)采用虛擬ram盤/JFFS的方法進行處理（ram盤將采用ext2文件系統(tǒng)）。

uCLinux應(yīng)用程序庫
uCLinux小型化的另一個做法是重寫了應(yīng)用程序庫，相對于越來越大且越來越全的glibc庫，uClibc對libc做了精簡。 http://uclibc.org/uClibc.html
uClibm數(shù)學庫
uCLinux對用戶程序采用靜態(tài)鏈接的形式，這種做法會使應(yīng)用程序變大，但是基于內(nèi)存管理的問題，也就是基于沒有MMU的特性，只能這樣做，同時這種做法也更接近于通常嵌入式系統(tǒng)的做法。
標準Linux系統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)段，代碼段，堆和棧在虛存層面是連續(xù)的。堆向上增長，棧向下增長，在堆底和棧頂之間有256MB的內(nèi)存可供分配。uClinux采用了實內(nèi)存模式，各個內(nèi)存段在物理內(nèi)存層面是連續(xù)的，棧段在同數(shù)據(jù)段在一起，堆有系統(tǒng)內(nèi)存管理，所有進程共享，由于內(nèi)存連續(xù)和保護的要求，棧段，數(shù)據(jù)段，代碼段都是在程序加載是分配。 這種內(nèi)存空間布局阻礙了動態(tài)連接庫的運用。棧段的大小固定（在生成應(yīng)用時可以指定棧段大?。?，開發(fā)人員在開發(fā)時不得不使用一些方法估計判斷棧段的大小，使其即能滿足程序的需要，又不浪費內(nèi)存。

?uClinux可執(zhí)行文件格式
? uCLinux系統(tǒng)使用flat可執(zhí)行文件格式，目前也支持elf文件格式。先解釋幾種可執(zhí)行文件格式。 　　coff（common object file format）：一種通用的對象文件格式； 　　elf（executive linked file）：一種為Linux系統(tǒng)所采用的通用文件格式，支持動態(tài)連接和重定位； 　　flat：elf格式有很大的文件頭，flat文件對文件頭和一些段信息做了簡化，可執(zhí)行程序小。
? 當用戶執(zhí)行一個應(yīng)用時，內(nèi)核的執(zhí)行文件加載器將對flat文件進行進一步處理，主要是對reloc段進行修正（詳見fs/binfmt_flat.c）。 需要reloc段的根本原因是，程序在連接時連接器所假定的程序運行空間與實際程序加載到的內(nèi)存空間不同。假如有這樣一條指令： jsr app_start; 這一條指令采用直接尋址，跳轉(zhuǎn)到app_start地址處執(zhí)行，連接程序?qū)⒃诰幾g完成是計算出app_start的實際地址（設(shè)若實際地址為0x10000），這個實際地址是根據(jù)ld文件計算出來。但實際上由于內(nèi)存分配的關(guān)系，操作系統(tǒng)在加載時無法保證程序?qū)磍d文件加載。這時如果程序仍然跳轉(zhuǎn)到絕對地址0x10000處執(zhí)行，通常情況這是不正確的。
?? 一個解決辦法是增加一個存儲空間，用于存儲app_start的實際地址，設(shè)若使用變量addr表示這個存儲空間。則以上這句程序?qū)⒏臑椋?movl addr, a0;??? jsr (a0); 增加的變量addr將在數(shù)據(jù)段中占用一個4字節(jié)的空間，連接器將app_start的絕對地址存儲到該變量。在可執(zhí)行文件加載時，可執(zhí)行文件加載器根據(jù)程序?qū)⒁虞d的內(nèi)存空間計算出app_start在內(nèi)存中的實際位置，寫入addr變量。系統(tǒng)在實際處理是不需要知道這個變量的確切存儲位置（也不可能知道），系統(tǒng)只要對整個reloc段進行處理就可以了（reloc段有標識，系統(tǒng)可以讀出來）。處理很簡單只需要對reloc段中存儲的值統(tǒng)一加上一個偏置（如果加載的空間比預想的要靠前，實際上是減去一個偏移量）。偏置由實際的物理地址起始值同ld文件指定的地址起始值相減計算出。

標準Linux 的多進程管理
??? fork創(chuàng)建的進程幾乎是父進程的精確復制，從fork返回后，父子進程執(zhí)行同樣的程序，有同樣的數(shù)據(jù)和堆棧區(qū)，并從緊跟fork后的指令繼續(xù)執(zhí)行。
???? exec系統(tǒng)調(diào)用提供一個進程去執(zhí)行另一個進程的能力，exec系統(tǒng)調(diào)用是采用覆蓋舊有進程存儲器內(nèi)容的方式，所以原來程序的堆棧、數(shù)據(jù)段與程序段都會被修改。 fork的優(yōu)化：
??? (1)COW (寫時拷貝)，首先由System V使用。不進行頁面復制，父子進程共享頁面，頁面置為只讀，無論父進程還是子進程試圖修改頁時，發(fā)生頁失效，頁失效處理程序進行頁面復制，并清除只讀標志。
??? (2)BSD采用的vfork，多數(shù)程序調(diào)用完成fork后會馬上執(zhí)行exec，因此vfork不進行頁面復制，父進程將地址空間租界給子進程，并將自己阻塞，直到子進程將地址空間還給它。因此，子進程會一直使用父進程的地址空間直到它調(diào)用exec或exit，內(nèi)核再將地址空間返回給父進程并喚醒它。fork非?？?，甚至無需拷貝頁表。它允許一個進程使用修改另一進程的地址空間。
?? uClinux NOMMU 但支持多進程
?? MMU不是支持多進程的必要條件，只是更好的支持了多進程操作系統(tǒng)的實現(xiàn)。
?? uClinux沒有MMU管理存儲器，不支持COW的機制，因此fork 的優(yōu)化只有采用vfork這一途徑，并且由于不支持虛擬地址空間，簡單復制的fork實現(xiàn)也必須修正reloc段。 最終，uClinux的fork/vfork都用vfork實現(xiàn)。子進程要么代替父進程執(zhí)行（此時父進程已經(jīng)sleep）直到子進程調(diào)用exit退出，要么調(diào)用exec執(zhí)行一個新的進程，這個時候?qū)a(chǎn)生可執(zhí)行文件的加載，即使這個進程只是父進程的拷貝，這個過程也不能避免。當子進程執(zhí)行exit或exec后，子進程使用wakeup把父進程喚醒，父進程繼續(xù)往下執(zhí)行。

??? 經(jīng)過如上各方面的小型化改造，就形成了一個高度優(yōu)化的、代碼緊湊的嵌入式Linux，雖然它的體積很小，uCLinux仍然保留了Linux的大多數(shù)的優(yōu)點：穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、完備的對各種文件系統(tǒng)的支持、以及標準豐富的API。它的主要特征如下： 　　●通用Linux API 　　●內(nèi)核體積 ＜ 512 KB 　　●內(nèi)核 +文件系統(tǒng)＜900 KB 　　●完整的TCP/IP 協(xié)議棧 　　●支持大量其它的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 　　●支持各種文件系統(tǒng)，包括 NFS、ext2、ROMfs and JFFS、MS-DOS和FAT16/32

?uClinux開發(fā)環(huán)境

　　基于uCLinux的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境一般是由目標系統(tǒng)硬件開發(fā)板和宿主PC機所構(gòu)成。硬件開發(fā)板用于操作系統(tǒng)和目標系統(tǒng)應(yīng)用軟件的運行，而操作系統(tǒng)內(nèi)核的編譯、應(yīng)用軟件的開發(fā)和調(diào)試則需要借助宿主PC機來完成。雙方之間一般通過串口建立連接關(guān)系。 建立交叉開發(fā)環(huán)境 　　在軟件開發(fā)環(huán)境建立方面，由于uCLinux及相關(guān)工具集都是開放源碼的項目，所以大多數(shù)軟件都可以從網(wǎng)絡(luò)上下載獲得。首先要在宿主機上安裝標準Linux發(fā)行版，比如Red-Hat Linux，接下來就可以建立交叉開發(fā)環(huán)境。 　　1.安裝交叉編譯工具 　　針對uCLinux目前有兩套編譯工具：m68k-coff和m68k-elf，它們都是GNU組織開發(fā)的優(yōu)秀的編譯器GCC的不同應(yīng)用版本。它們的區(qū)別在于形成最終flat目標碼之前的中間代碼格式分別是coff和elf類型。elf格式的編譯器比coff格式的編譯器有許多優(yōu)越性，建議使用m68k-elf交叉編譯器。編譯工具包中除了交叉編譯器以外，還有鏈接器（ld）、匯編器（as）以及一些為了方便開發(fā)的二進制處理工具，包括生成靜態(tài)庫工具（ar、ranlib）、二進制碼察看工具（nm、size）、二進制格式轉(zhuǎn)換工具（objcopy）。這些都要安裝在宿主機上。
????????? 2.安裝uCLinux內(nèi)核 　　利用已安裝的交叉編譯器編譯生成運行與目標機上的uCLinux內(nèi)核。與標準Linux相同的是，uCLinux內(nèi)核可以以配置的方式選擇需要安裝的模塊，而增加系統(tǒng)的靈活性。 　　3.安裝應(yīng)用程序庫 　　用交叉編譯器編譯uC-libc和uC-libm源碼，生成libc.a應(yīng)用程序庫和libm.a數(shù)學庫。 　　4.安裝其他工具 　　用GCC編譯elf2flt源碼，生成格式轉(zhuǎn)換工具elf2flt。用GCC編譯genromfs源碼，得到生成romfs工具genromfs。 　　經(jīng)過以上的準備工作之后，下面要針對特定應(yīng)用所需要的設(shè)備編寫或改造設(shè)備驅(qū)動程序。有一些設(shè)備驅(qū)動，uCLinux本身就已經(jīng)具有。即便沒有，因為uCLinux開放源碼的特性，用戶也可以很方便地把自己的驅(qū)動程序加入內(nèi)核。如果用戶對系統(tǒng)實時性，特別是硬實時有特殊的要求，uCLinux可以加入RT-Linux的實時模塊。完成這些工作，一個嵌入式應(yīng)用開發(fā)平臺就已經(jīng)搭建好了，在此之上，根據(jù)不同需要可以開發(fā)不同的嵌入式應(yīng)用。