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介紹了Linux在嵌入式領(lǐng)域中的應(yīng)用和宿主機(jī)、目標(biāo)機(jī)開(kāi)發(fā)模式，詳細(xì)地給出了精簡(jiǎn)內(nèi)核的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。分析了glibc系統(tǒng)庫(kù)和ELF文件格式的結(jié)構(gòu)和其中的共享庫(kù)裁剪技術(shù)的原理，提出并實(shí)現(xiàn)了一種庫(kù)裁剪方案。

關(guān)鍵詞 嵌入式；Linux；小型化

一、 概述
嵌入式Linux一般是指對(duì)標(biāo)準(zhǔn)Linux發(fā)行版本進(jìn)行小型化裁剪處理之后，適合于特定嵌入式應(yīng)用場(chǎng)合的專用Linux操作系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)通常是資源受限的系統(tǒng)，無(wú)論是處理器計(jì)算能力還是RAM或其他存儲(chǔ)器容量都比較“小”。因此，如何創(chuàng)建一個(gè)小型化的Linux作為操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成為首先需要考慮的問(wèn)題。嵌入式Linux系統(tǒng)中普遍采用三層結(jié)構(gòu)：核心層主要是Linux內(nèi)核和模塊；調(diào)用接口層是以glibc庫(kù)為主的系統(tǒng)庫(kù)；應(yīng)用層是根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序。為了實(shí)現(xiàn)資源的高利用率，后兩層都以ELF文件形式存在，在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)外部功能代碼動(dòng)態(tài)加載。

一般來(lái)說(shuō)，建立交叉平臺(tái)開(kāi)發(fā)環(huán)境是進(jìn)行嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的第一步。宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)硬件平臺(tái)的異構(gòu)(處理器體系結(jié)構(gòu)不同)是采用交叉開(kāi)發(fā)的根本原因。另外，由于資源有限，直接在嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺(tái)上開(kāi)發(fā)軟件不方便、甚至不可能。因此，通常采用Host／Target開(kāi)發(fā)模式，如表l。

宿主機(jī)(Host)目標(biāo)機(jī)(Target)
硬件PC 或者工作站，其中x86CPU占優(yōu)勢(shì)嵌入式系統(tǒng)硬件，處理器多樣化(x86，ARM，PowerPC，MIPS，68K等)
軟件Windows、Linux等桌面操作系統(tǒng)，豐富的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(如WindRiver 的Tornado)軟件資源有限，開(kāi)發(fā)階段通常從宿主機(jī)下載

表1 交叉平臺(tái)發(fā)環(huán)境的特點(diǎn)
交叉平臺(tái)開(kāi)發(fā)環(huán)境包括交叉編譯器、交叉調(diào)試器和系統(tǒng)仿真器，比如嵌入式Linux開(kāi)發(fā)經(jīng)常用的GNU工具鏈。開(kāi)發(fā)者需要根據(jù)目標(biāo)平臺(tái)來(lái)選擇合適的GNU交叉編譯器，然后在宿主機(jī)上面重新編譯內(nèi)核和其他軟件，這樣得到的目標(biāo)代碼才能拿到目標(biāo)機(jī)上面運(yùn)行。這個(gè)過(guò)程相當(dāng)繁瑣且容易出錯(cuò)。宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)一般通過(guò)以太網(wǎng)或者串口連接。目前，世界上出現(xiàn)了數(shù)以百計(jì)的嵌入式Linux開(kāi)發(fā)計(jì)劃和發(fā)行版本，比如：ETLinux，LPR，μC-Linux，ThinLinux等開(kāi)發(fā)源代碼的項(xiàng)目，如表2所示。
名稱特點(diǎn)
ETLinux設(shè)計(jì)用于在小型工業(yè)計(jì)算機(jī)，尤其足PC／104模塊上運(yùn)行
Linux
Router
ProjectLPR 的目標(biāo)是用于路由器、接入服務(wù)器、瘦服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)沒(méi)備和嵌入式系統(tǒng)，可以安裝在一張軟盤(pán)上。類(lèi)似的項(xiàng)目還有Linux On A Floppy(LOAF)
μC-Linux在沒(méi)有MMU 的系統(tǒng)L運(yùn)行的Linux。同前支持Motorola DragonBall (M68EZ328)， M68328，M68EN322， ColdFire， QUICC， ARM7TDMI，MC68EN302，Axis ETRAX，Inte]i960，PRISMA，Atari 68k等微處理器
ThinLinux一個(gè)為嵌入式和特定應(yīng)用制作的Linux發(fā)行版，運(yùn)行在Intel和PC兼容硬件上

表2 幾種開(kāi)放源代碼的嵌入式Linux發(fā)行版

另外，還有：Coventive XLinux，LineoEmbedix，LynuxWorks BlueCat，MontaVista Linux等商業(yè)公司的發(fā)行版。同時(shí)，針對(duì)實(shí)時(shí)環(huán)境，有RT-Linux、RTAI等實(shí)時(shí)擴(kuò)展。近年來(lái)，越來(lái)越多的目標(biāo)系統(tǒng)選擇了性價(jià)比不斷提高的x86處理器和成熟的PC架構(gòu)作為硬件平臺(tái)。LinuxDevices.com網(wǎng)站進(jìn)行的調(diào)查顯示，嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者在過(guò)去2年和未來(lái)2年選擇x86處理器作為目標(biāo)平臺(tái)的比例分別為3l%和35%，高居首位。

對(duì)于宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)都是PC兼容平臺(tái)的開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，除了沿用上述模式之外，有更簡(jiǎn)單的創(chuàng)建小型化Linux系統(tǒng)的方法：以一個(gè)常規(guī)的Linux發(fā)行版為基礎(chǔ)，編譯內(nèi)核、復(fù)制所需的文件，并利用初始化RAM盤(pán)(initrd：INITial Ram Disk)機(jī)制創(chuàng)建根文件系統(tǒng)，就可以快速實(shí)現(xiàn)一個(gè)小型化Linux系統(tǒng)。

二、 小型化技術(shù)

Linux已經(jīng)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各種嵌入式設(shè)備中。但是一般的Linux發(fā)行版都非常龐大，很難用于只有有限存儲(chǔ)空間的嵌入式設(shè)備。所以我們必須對(duì)Linux系統(tǒng)進(jìn)行裁剪。Linux系統(tǒng)大致有以下4種主要的裁剪技術(shù)，使用這些技術(shù)可以有效地減小系統(tǒng)的尺寸且不會(huì)影響系統(tǒng)的性能。① 刪除冗余文件。一般的Linux發(fā)行版中都包含很多幫助文檔、輔助程序、配置文件和數(shù)據(jù)模板，在嵌入式系統(tǒng)中這些文件都是不必要的，完全可以刪除。甚至連配置文件中的大量注釋也都可以被去掉。② 共享庫(kù)裁剪。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序是有限的，共享庫(kù)中就可能有很多永遠(yuǎn)不會(huì)被用到的冗余代碼，這些代碼就可以被刪除。③ 采用具有同樣功能的替代軟件包。Linux上有許多具有相似功能的軟件包，可以選擇其中占存儲(chǔ)空間較小的軟件包并其移植到嵌入式設(shè)備上，用來(lái)代替原來(lái)占空間較大那些的軟件包。④ 修改源碼。包括重新配置、編譯軟件包，去掉不需要的功能；增加軟件的模塊性，從而有利于提高裁剪效率；重新配置內(nèi)核，去掉不需要的驅(qū)動(dòng)和模塊。

1、精