coLinux構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境

1 引言

　　GNU項(xiàng)目為嵌入式開發(fā)提供了優(yōu)秀的交叉開發(fā)工具鏈，雖然這些工具鏈也移植到了 Windows系統(tǒng)中，但是為了在 Windows系統(tǒng)中使用，通常還需要另外一個(gè)模擬的 Linux環(huán)境——Cygwin，效率是一個(gè)新的問題。另外， Cygwin環(huán)境也不是一個(gè)真正的 Linux環(huán)境，相比于真正的 Linux環(huán)境來說， Cygwin仍顯不足。從根本上來講， GNU工具鏈?zhǔn)腔?Linux操作系統(tǒng)環(huán)境而開發(fā)的。

　　在眾多的開源項(xiàng)目中，與嵌入式相關(guān)的開發(fā)項(xiàng)目大多數(shù)仍然需要基于 Linux系統(tǒng)進(jìn)行編譯和鏈接。雖然在 Cygwin中通過復(fù)雜的設(shè)置也有可能滿足相關(guān)開發(fā)需要，但是對(duì)于開發(fā)人員來說，優(yōu)先的選擇仍然是使用 Linux。用慣了 Windows的程序員通常會(huì)在系統(tǒng)中安裝一個(gè)龐大的 Linux虛擬機(jī)，或者直接安裝兩個(gè)操作系統(tǒng)。程序員必須忍受虛擬機(jī)的運(yùn)行效率低下的重大缺點(diǎn)，或者為了切換操作系統(tǒng)而反復(fù)地重新啟動(dòng)安裝了雙操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。如果需要在 Linux與 Windows之間進(jìn)行文件傳遞，還需要做一些額外的工作。

　　然而 coLinux的出現(xiàn)，改變了這一切。

　　2 coLinux簡(jiǎn)介

　　coLinux也是一個(gè)源代碼開放的軟件，全名為 Cooperative Linux(協(xié)作 Linux)。coLinux是第一個(gè)能在 Win32平臺(tái)上高效地以原生(native)方式運(yùn)行 Linux的軟件， Linux在 coLinux中的運(yùn)行效率極高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過虛擬機(jī)的運(yùn)行效率(為了模擬一條匯編指令，通常虛擬機(jī)要使用一段 C語(yǔ)言代碼來完成)。 coLinux目前發(fā)展到了 0.73版本，在其官方網(wǎng)站http://www.colinux.net上提供了最新版本的源代碼和二進(jìn)制代碼的下載地址。

　　coLinux有很高的運(yùn)行效率，并且僅需要很少的系統(tǒng)資源。 coLinux中的 Linux在本質(zhì)上是直接在 PC機(jī)硬件中運(yùn)行的，而不是在虛擬機(jī)上。coLinux不像虛擬機(jī)那樣一次就從系統(tǒng)中劃去一大塊內(nèi)存，而是根據(jù)實(shí)際需要讓宿主機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)為其分配內(nèi)存。

　　coLinux創(chuàng)建的是一個(gè)“真正的” Linux操作系統(tǒng)。相比之下， CygWin提供的是一個(gè)模擬的 Linux環(huán)境。Linux程序若不重新構(gòu)建，就無(wú)法在 Cygwin中直接運(yùn)行。

　　coLinux可以通過 cofs驅(qū)動(dòng)使宿主機(jī)( Windows XP)與 Linux進(jìn)行文件夾共享。通過簡(jiǎn)單的設(shè)置后，就可以把 Windows系統(tǒng)中的一個(gè)文件夾與 coLinux中的 Linux系統(tǒng)進(jìn)行共享。在 Windows操作該文件夾中文件的時(shí)候，Linux也可以對(duì)其進(jìn)行操作。

　　coLinux具有高可移植性的特點(diǎn)。在一個(gè) Windows主機(jī)上建立一個(gè) coLinux發(fā)行版，并在根文件系統(tǒng)中安裝一套定制的應(yīng)用程序。然后，可以將根文件系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)主機(jī)上，并重新啟動(dòng)。這樣就有了一個(gè)可移動(dòng)的開發(fā)平臺(tái)，壓縮后的根文件系統(tǒng)完全可以放在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 USB盤中。

　　3 coLinux的工作原理

　　coLinux在 Windows操作系統(tǒng)中作為一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行?？梢哉J(rèn)為 coLinux是 Linux操作系統(tǒng)與 Windows操作系統(tǒng)之間的一個(gè)接口。兩種操作系統(tǒng)通過將處理器(CPU)的控制權(quán)轉(zhuǎn)讓給彼此從而達(dá)到協(xié)作(Cooperative)的目的。它們通過使用內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序共享網(wǎng)絡(luò)接口、串口等物理資源。

　　coLinux是一個(gè)修改過的 Linux 內(nèi)核，它可以與另一個(gè)操作系統(tǒng)協(xié)作運(yùn)行。宿主機(jī)(host)操作系統(tǒng)控制本機(jī)的硬件資源，而訪客(guest)操作系統(tǒng)只得到本機(jī)硬件的虛擬抽象。主機(jī)操作系統(tǒng)提供了以特權(quán)級(jí)別(ring 0)執(zhí)行驅(qū)動(dòng)程序的方法，并提供了分配內(nèi)存的方法。

　　Linux 內(nèi)核所需的其他特性(比如網(wǎng)絡(luò)連接、串口或視頻訪問)通過外部代理來實(shí)現(xiàn)，

　　比如 coLinux 可以通過 TUNTAP驅(qū)動(dòng)程序訪問外部網(wǎng)絡(luò)，通過代理訪問顯示器( X Window System)等。[!--empirenews.page--]coLinux的安裝及配置

　　coLinux的安裝非常容易，包括幾個(gè)簡(jiǎn)單的步驟。安裝過程中 coLinux提示可以從網(wǎng)上下載 ArchLinux、Debian 4.0、Fedora 7、Gentoo Deluxe、Ubuntu 7.1等幾個(gè) Linux文件系統(tǒng)映像的壓縮包。點(diǎn)擊相應(yīng)的“ *Notes”可以打開對(duì)應(yīng)的說明文字與下載的網(wǎng)頁(yè)。下面筆者以 Fedora9的文件系統(tǒng)映像壓縮包為例來介紹 coLinux中 Linux的安裝和配置。

　　從網(wǎng)上下載的 Fedora9文件系統(tǒng)映像壓縮包中包含 5個(gè)文件，這些文件對(duì)于主機(jī)操作系統(tǒng)(Windows)來說都是一些普通的文件，但是對(duì)于 coLinux來說其中某些文件(Fedora-9.img、 swap.img)卻是可讀寫的 ext3 / swap類型的 Linux文件系統(tǒng)。

　　Fedora-9.img是一個(gè) 4G大小的 Fedora9文件系統(tǒng)映像，內(nèi)含了 Fedora9系統(tǒng)中必需的所有文件，并預(yù)先配置了 slirp的網(wǎng)絡(luò)，gdm登陸的 Xvnc以及支持聲音的 ESD等功能。使用 Fedora9時(shí)無(wú)需對(duì)宿主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)功能方面做任何配置，就可以通過宿主機(jī)的 API來控制當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)適配器(網(wǎng)卡)來收發(fā) TCP/UDP數(shù)據(jù)包。由于 Slirp不能收發(fā) ICMP信息，ping和 traceroute等命令無(wú)法工作，但是其他網(wǎng)絡(luò)功能絲毫不會(huì)受到影響。從外部訪問 Linux，需要進(jìn)行端口重定向，在 coLinux配置文件中可以進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)置。另外 coLinux也為 Linux之間提供了 tuntap與 pcap-bridge的通訊模式，具體信息可以參考 colinux自帶的幫助文檔。

　　swap.img：這是一個(gè) 512M的交換分區(qū)的映像。

　　start-Fedora-9.bat：?jiǎn)?dòng) Fedora9+coLinux的批處理文件(需要根據(jù)情況進(jìn)行修改) ,里面是一個(gè)啟動(dòng) coLinux的命令，命令后面添加了相關(guān)的配置參數(shù)。

　　start-Fedora-9.sh：?jiǎn)?dòng) Fedora9+coLinux的腳本文件(需要根據(jù)情況進(jìn)行修改，于 Cygwin環(huán)境的 Bash下運(yùn)行)。

　　README-Fedora-9.txt：本映像的說明文件。

　　將下載的文件解壓釋放出來，編輯文件 start-Fedora-9.bat，根據(jù)“ Fedora-9.img”和 “swap.img”在宿主機(jī)(Windows系統(tǒng))中的真實(shí)位置，對(duì) cobd0、cobd1進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?注意：使用“/”進(jìn)行目錄層次分隔)即可。修改完成后，將其保存在 coLinux軟件的安裝位置，如 “C:Program FilescoLinux”，雙擊即可啟動(dòng) coLinux。Fedora9 Linux開始運(yùn)行后， Linux啟動(dòng)信息被發(fā)送到一個(gè)新打開的 FLTK控制臺(tái)中。如果 cobd0、cobd1的配置信息無(wú)誤，則能夠順利啟動(dòng)。

　　5構(gòu)造擁有 Window和 Linux雙重優(yōu)點(diǎn)的嵌入式開發(fā)環(huán)境

　　與 Cygwin相似， coLinux允許在 Windows操作系統(tǒng)上開發(fā)和執(zhí)行 Linux應(yīng)用程序。但是基于 coLinux的 Linux系統(tǒng)可以用 apt-get/yum等應(yīng)用程序管理軟件安裝、更新或刪除應(yīng)用程序，從而達(dá)到對(duì) Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)的目的。

　　與 Cygwin不同的是，在 coLinux上執(zhí)行的 Linux應(yīng)用程序不需要重新構(gòu)建。從這個(gè)角度來講，在 coLinux中與 Windows 操作系統(tǒng)協(xié)作的不是一個(gè)模擬的環(huán)境，而是一個(gè)真正的 Linux操作系統(tǒng)。

　　Fedora9啟動(dòng)后，呈現(xiàn)出一個(gè) FLTK控制臺(tái)，可以在里面對(duì) Fedora9進(jìn)行基本的操作。為了搭建一個(gè)嵌入式開發(fā)環(huán)境，還需要安裝部分軟件，如 gcc工具鏈等。由于 Fedora9已經(jīng)配置了 slirp網(wǎng)絡(luò)功能，這些軟件可以直接通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安裝。輸入簡(jiǎn)單的 “yum install gcc”按照提示就可以順利完成 gcc工具鏈的安裝。其他所缺的軟件可以按照同樣的方法進(jìn)行安裝。如果網(wǎng)絡(luò)上無(wú)法找到您必須的某些東西，也可以通過源代碼重建來得到。

　　Fedora 9通過 cofs驅(qū)動(dòng)與宿主機(jī)( Windows XP)進(jìn)行文件共享。 cofs類似于 UML主機(jī)

　　文件系統(tǒng)，用于將宿主機(jī) VFS(虛擬文件系統(tǒng))和 Linux的 VFS進(jìn)行綁定。這樣就可以將宿主機(jī)中的文件夾 mount(掛載)到 Linux的文件系統(tǒng)中，如此一來，宿主機(jī)和 Linux可以同時(shí)對(duì)該文件夾中的內(nèi)容進(jìn)行讀寫操作，方便了 Windows與 Linux之間的文件交換。

　　文件共享的配置如下：在啟動(dòng) coLinux的配置參數(shù)中添加如下內(nèi)容：

　　cofs0=”D:/test/”

　　重新啟動(dòng) coLinux后，在控制臺(tái)中執(zhí)行如下命令，就會(huì)將 Windows中的“D:test”文件夾掛載到 Fedora系統(tǒng)中的 /mnt文件夾下。

　　mount -t cofs cofs0 -o uid=dax,gid=dax /mnt

　　如此以來 Windows XP和 Fedora都可以完全訪問該文件夾中的內(nèi)容，詳細(xì)參數(shù)可參考 coLinux自帶的幫助文件 cofs.txt。Linux系統(tǒng)中所需要用到的軟件，可以用 Windows中的軟件下載，保存到“ D:test”文件夾中，然后在 Linux系統(tǒng)中直接進(jìn)行安裝。也可把需要使用 Linux環(huán)境進(jìn)行編譯的代碼放到“ D:test”文件夾下，可在 Windows系統(tǒng)中用熟悉的編輯工具編輯源代碼，而在 Linux系統(tǒng)中編譯，編譯的結(jié)果可以使用 Windows下的工具進(jìn)行下載調(diào)試等。

　　6 總結(jié)

　　本文介紹了一種可以在 Windows系統(tǒng)中以原生方式運(yùn)行 Linux的軟件—— coLinux。通過分析 coLinux的運(yùn)行機(jī)制，闡述了基于 coLinux的 Linux系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)基于 coLinux的 Fedora 9的基本配置方法進(jìn)行了介紹，為熟悉 Windows平臺(tái)開發(fā)的人員提供了一個(gè)更好的使用 Linux的方法，在實(shí)踐中有一定的指導(dǎo)意義。