（复旦大学电子工程系沈沙，欢迎转载，转载时请保留此行作者信息）

l uClinux简介
l 硬件体系结构简介
l 编译环境和编译工具。
l uClinux启动过程
l 系统源码的修改

1. uClinux简介

uClinux这个英文单词中u表示Micro，小的意思，C表示Control，控制的意思，所以uClinux就是Micro-Control-Linux，字面上的理解就是"针对微控制领域而设计的Linux系统"。

uclinux是一个源码开放的操作系统，面向没有MMU（Memory Management Unit）的硬件平台。它是linux的一个变种，主要的区别在于两者的内存管理机制和进程调度管理机制，同时为了适应嵌入式应用的需求，它的采用了romfs文件系统，并对linux上的c语言库glibc做了简化。

2. 硬件体系结构简介

运行uClinux的硬件平台主要包括如下几个部分：cpu(ARMv4指令集兼容)、uart、memory controller、定时器、flash存储器，sdram存储器，中断控制器和DMA。

3. 编译环境和编译工具。

uclinux操作系统源码绝大部分是用c语言开发的，有一些与硬件直接相关的代码则用特定于某一CPU体系结构的汇编来实现。这些源码只能用GNU的gcc编译工具来进行编译、链接。

GNU gcc可以运行于Linux/Unix操作系统上。如果要在Windows平台上运行gcc，则必须安装Cygwin。Cygwin可以在Windows中安装一个linux的运行环境，这样就可以在windows下运行原本只能在linux下运行的程序。

为了在PC上编译得到运行于目标CPU上的操作系统内核，还必须安装一个合适的交叉编译器。Gcc 提供了现成的针对MIPS、ARM、M68K、Sharc、PowerPC的交叉编译器。如果没有现成的交叉编译器，则需要自行设计。GNU网站提供了一些如何开发新的交叉编译器的文章。开发一个新的编译器，一般需要如下几个步骤：

1、编写机器描述脚本。采用gcc的RTL(Register Tansfer Language)语言描述针对某一CPU体系结构的机器指令与寻址方式、CPU浮点处理方式、endianess、c语言中各种数据类型的位宽、寄存器的个数和使用规则、堆栈和函数调用规则等体系结构的细节。
2、设计代码生成器。Gcc在对c语言源文件进行了词法和语法分析后，将产生一种中间格式文件(intermediate representation)。为了把这种中间格式文件转化为针对具体CPU体系结构的机器码，需要自行设计一个代码生成器。
3、设计汇编器
4、设计链接器

4. uClinux启动过程

uClinux系统的启动可以分为两个步骤：
1. 运行bootloader初始化程序

SRAM、SDRAM等存储设备属于挥发性的存储器，掉电以后其中的内容就会全部丢失，所以必须把操作系统的内核镜像存放在Flash等不挥发性存储介质上。但是操作系统在运行时，需要动态的创建一些如数据段、堆栈、页表（针对使用虚拟地址的操作系统）等内容，所以需要在RAM中运行操作系统。因此，就需要一个引导程序把操作系统的内核镜像从Flash存储器拷贝到RAM中，然后再从RAM中执行操作系统的内核。Bootloader就是可以完成这样一种功能的程序。

从本质上来讲，bootloader不属于操作系统内核。它采用汇编语言编写，因此针对不同的cpu体系结构，这一部分代码不具有可移植性。在移植操作系统时，这部分代码必须加以改写。

具体来讲，bootloader在系统启动时主要完成以下几项工作：
(1)     将操作系统内核从flash拷贝到sdram中，如果是压缩格式的内核，还要将之解压缩。
(2)     改写系统的memory map，原先flash起始地址映射为0地址，这时需要将RAM的起始地址映射为0。
(3) 设置堆栈指针并将bss段清零。将来执行c语言程序和调用子函数时要用到。
(4)     改变pc值，使得cpu开始执行真正的操作系统内核。
2. 运行操作系统内核
bootloader程序执行完上述的各项工作后，通过一条跳转指令，转而执行ini目录下c语言源文件main.c中的函数start_kernel()。因为在此之前bootloader已经创建好一个初始化环境，
c函数可以开始执行了。整个操作系统内核的初始化工作从这里才算是真正开始。这个函数的长度比较短，代码如下：

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
asmlinkage void __init start_kernel(void)
{
 char * command_line;
 unsigned long mempages;
 extern char saved_command_line[];

/*
 * Interrupts are still disabled. Do necessary setups, then
 * enable them
 */
 lock_kernel();
 printk(linux_banner);
 setup_arch(&command_line);
 printk("Kernel command line: %s\n", saved_command_line);
 parse_options(command_line);
 trap_init();
 init_IRQ();
 sched_init();
 softirq_init();
 time_init();

 /*
  * HACK ALERT! This is early. We're enabling the console before
  * we've done PCI setups etc, and console_init() must be aware of
  * this. But we do want output early, in case something goes wrong.
  */
 console_init();
#ifdef CONFIG_MODULES
 init_modules();
#endif
 if (prof_shift) {
  unsigned int size;
  /* only text is profiled */
  prof_len = (unsigned long) &_etext - (unsigned long) &_stext;
  prof_len >>= prof_shift;
  
  size = prof_len * sizeof(unsigned int) + PAGE_SIZE-1;
  prof_buffer = (unsigned int *) alloc_bootmem(size);
 }

 kmem_cache_init();
 sti();
 calibrate_delay();
#ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 if (initrd_start && !initrd_below_start_ok &&
   initrd_start < min_low_pfn << PAGE_SHIFT) {
  printk(KERN_CRIT "initrd overwritten (0x%08lx < 0x%08lx) - "
      "disabling it.\n",initrd_start,min_low_pfn << PAGE_SHIFT);
  initrd_start = 0;
 }
#endif
 mem_init();
 kmem_cache_sizes_init();
 pgtable_cache_init();

 mempages = num_physpages;

 fork_init(mempages);
 proc_caches_init();
 vfs_caches_init(mempages);
 buffer_init(mempages);
 page_cache_init(mempages);
#if defined(CONFIG_ARCH_S390)
 ccwcache_init();
#endif
 signals_init();
#ifdef CONFIG_PROC_FS
 proc_root_init();
#endif
#if defined(CONFIG_SYSVIPC)
 ipc_init();
#endif
 check_bugs();
 printk("POSIX conformance testing by UNIFIX\n");

 /* 
  * We count on the initial thread going ok 
  * Like idlers init is an unlocked kernel thread, which will
  * make syscalls (and thus be locked).
  */
 smp_init();
 rest_init();
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////