探討有關(guān)嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核原理與開發(fā)的研究

　　操作系統(tǒng)是很多人每天必須打交道的東西，因?yàn)樵谀愦蜷_電腦的一剎那，隨著自檢結(jié)束，你的windows系統(tǒng)已經(jīng)開始運(yùn)行了。如果問大家操作系統(tǒng)是什么?可能有的人會(huì)說操作系統(tǒng)就是windows，就是那些可以放大、縮小、移動(dòng)的窗口。

　　對(duì)曾經(jīng)是計(jì)算機(jī)專業(yè)的朋友來說，這個(gè)答案還要稍微復(fù)雜一些，操作系統(tǒng)可能還有、、ios、sun solaris、aix等。如果再細(xì)化一點(diǎn)，對(duì)嵌入式工具比較解的朋友還會(huì)有新的補(bǔ)充，因?yàn)樵谒麄兛磥?，vxworks、、ucos也都是操作系統(tǒng)，雖然它們好多系統(tǒng)連界面都沒有。

　　既然操作系統(tǒng)稱之為一個(gè)系統(tǒng)，那么它必然是由好多的部件組成的。有過嵌入式開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的朋友都知道，要想使一個(gè)在arm芯片上真正跑起來，它必須有三個(gè)部分組成，即boot + 內(nèi)核 + 文件系統(tǒng)。而真正內(nèi)核的東西其實(shí)很少，也就是cpu初始化、線程調(diào)度、內(nèi)存分配、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、驅(qū)動(dòng)這些部分組成。那么是不是所有的芯片都需要跑操作系統(tǒng)呢?我們可以舉個(gè)例子。

　　現(xiàn)在有一個(gè)簡單的溫度測量電路，它由三部分組成：1、;2、溫度模塊;3、模塊。

　　我們?cè)O(shè)計(jì)這么一個(gè)溫度測量電路其實(shí)就是一個(gè)目的，那就是為了實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前的溫度信息。那么，這么一個(gè)簡單的電路應(yīng)該怎么設(shè)計(jì)程序呢?其實(shí)很簡單。

　　[cpp] plaincopy void sleep(int )

　　{ int outer;int inner;

　　for(; outer < ; outer++)

　　{ for(inner = 0; inner < 1000; inner++)

　　;}

　　void main()

　　{ while(1)

　　{ /* temperature */ sleep(1000);/* send temperature to wireless */ sleep(1000);}

　　如果我們需要cpu干的事情很少，甚至極端一點(diǎn)說只有一件事情，那么根本沒有設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)的必要。我們?cè)O(shè)計(jì)出操作系統(tǒng)，主要是想在單位時(shí)間內(nèi)完成幾件事情。打個(gè)比方來說，你完全可以在工作的時(shí)候一遍寫文檔、一遍收發(fā)電子郵件，偶爾還能開個(gè)小差休息一會(huì)。 所以操作系統(tǒng)就是為了共享資源而存在的。

　　認(rèn)識(shí)操作系統(tǒng)的用途不難，關(guān)鍵是如何把操作系統(tǒng)用代碼寫出來。也許有人會(huì)跟你說，免費(fèi)的代碼一大堆，就不錯(cuò)，你下載下來直接讀就好了。但是我告訴你，最新的內(nèi)核版本已經(jīng)輕松的越過了3.0，整個(gè)代碼的長度遠(yuǎn)在千萬行之上，你可能從哪看起都不知道。

　　可能此時(shí)又有人不同意了，看不懂高版本的linux，可以看看linux低版本的代碼，0.11版本的代碼就不錯(cuò)，因?yàn)橼w炯就是怎么推薦的。我要說的是，0.11的代碼固然好，但是怎么編譯版本、怎么修改代碼、怎么構(gòu)造文件系統(tǒng)、怎么跑起來是我們繞不過的一道難題。對(duì)于很多朋友來說，閱讀linux代碼尚且困難，更不要說后面還需要完成的一大攤子爛事了。

　　說了這么多，我們需要的的內(nèi)核代碼是什么樣的?其實(shí)在我看來，很簡單。它只要滿足下面兩個(gè)條件就可以了，(1)像用戶軟件一樣可以運(yùn)行;

　　(2)像用戶軟件一樣可以單步調(diào)試。

　　要解決這些問題，對(duì)linux系統(tǒng)來說上不難解決。要解決os的運(yùn)行和調(diào)試問題，關(guān)鍵就在于如何仿真中斷和實(shí)現(xiàn)os的任務(wù)切換。至于任務(wù)的開啟、運(yùn)行和掛起，內(nèi)存分配，互斥量，信號(hào)量，文件系統(tǒng)，tcp/ip協(xié)議棧，GUI操作，這些其實(shí)都是可以在linux上進(jìn)行仿真和操作的，朋友們可以盡請(qǐng)放心。這部分的內(nèi)容，我們會(huì)在以后的博客中陸續(xù)展開。

　　為了能夠更好地閱讀后面發(fā)表的博文，我建議你鞏固一下下面這些知識(shí)，這樣會(huì)對(duì)你的理解有很大的裨益。

　　(1)cpu 結(jié)構(gòu)，了解中斷流程就行;

　　(2)linux 匯編語言;

　　(3)函數(shù)堆棧格式和內(nèi)容;

　　(4)互斥量、信號(hào)量的使用方法;

　　(5)調(diào)度的基本策略;

　　(6)內(nèi)存分配的基本方法;

　　(7)tcp/ip 編程;

　　(8)gui編程方法，可以參考windows的方法;

　　(9)系統(tǒng)中的內(nèi)存布局、編譯原理等等。