uClinux

組員

• 竹內宏輝
• 陳勁龍
• 賀祐農

Hackpad<https://hackpad.com/UClinux-EEaoU4qOP12>_

uClinux架構

與linux架構相同，主要的差異在MMU。在uClinux中沒有MMU機制，所以沒辦法實現虛擬記憶體( virtual memory )，故也不支援swap和分頁(paging)的機制，

所以必須在硬體啟動時，就把所有的行程(process)所需的記憶體分配好。

一個行程在執行前，系統必須為行程分配足夠的連續地址空間，然後全部載入到memory的連續空間中。

檔案系統名詞解釋

• Superblock

  為每個檔案系統開始的位置， 其儲存資訊像是檔案系統的大小，空的和填滿的區塊，它們各自的總數和其他諸如此類的資料。

  要從一個檔案系統中存取任何檔案皆須經過檔案系統中之superblock。

  如果superblock損壞了， 可能無法從磁碟中去取得資料。

• Inode

  每個文件或目錄由inode來表示，inode儲存的資訊包含有關大小，許可權，所有權和硬碟上的文件或目錄的位置數據。

uClinux的檔案系統:Romfs

由於沒辦法實現虛擬記憶體，所以必須採用romfs，因為它可以保證將檔案已連續的方式存放。

*特性

• 唯讀的檔案系統

• 無法寫入時複製(copy-on-write)

  有多個呼叫者(callers)同時要求相同資源，他們會共同取得相同的指標指向相同的資源，直到某個呼叫者(caller)嘗試修改資源時。

  系統才會真正複製一個副本(private copy)給該呼叫者，以避免被修改的資源被直接察覺到。

  但因為uClinux沒有fork，故無法使用。

• XIP(Execute in place)

  程式直接在flash上執行，而不必搬到RAM上。可以減少memory的使用，但執行速度較慢。

  下圖為XIP示意圖

  .. image:: /XIP.jpg

xip_file_read(定義在uclinux/mm/filemap_xip.c)

.. code-block:: c

            ssize_t xip_file_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t len, loff_t *ppos)
            {
                    if (!access_ok(VERIFY_WRITE, buf, len))   // if the file can't access,return fault.
                            return -EFAULT;

                    return do_xip_mapping_read(filp->f_mapping, &filp->f_ra, filp,  //mapping to the memory
                        buf, len, ppos);
            }

• romfs結構

  .. image:: /romfs_struct.jpg

• romfs_super_block 結構 定義在 include/linux/romfs_fs.h

.. code-block:: c

  struct romfs_super_block {
     __be32   word0;      
     __be32   word1;
     __be32   size;
     __be32   checksum;
     char name[0];//volume name : 使用者給予此系統一個名稱
  };

word0和word1的值是固定的，其值分別為 “-rom” 和 “1fs-”，使系統知道它是romfs檔案系統。 size表示romfs系統合法存取的大小(整個檔案系統的大小)，也就是最後一個文件的結束位置。

checksum用來檢查檔案的正確性 romfs_checksum定義在 fs/romfs/super.c line:499

• romfs_inode結構

.. code-block:: c

   struct romfs_inode { 
      __be32 next; /* low 4 bits see ROMFH_ */ 
      __be32 spec; 
      __be32 size; 
      __be32 checksum; 
      char name[0]; 
    };

spec表示文件類型定義在include/linux/romfs_fs.h

.. code-block:: c

  #define ROMFH_HRD 0    //永久連結(hard link)
  #define ROMFH_DIR 1    //目錄(directory)
  #define ROMFH_REG 2    //一般(regular file)
  #define ROMFH_LNK 3    //連結(symbolic link)
  #define ROMFH_BLK 4    //block device
  #define ROMFH_CHR 5    //character device 
  #define ROMFH_SCK 6    //socket   
  #define ROMFH_FIF 7    //fifo   

• hard link 與 symbolic link

  hard link是系統中有效的連結，所儲存的內容會指向記憶體中
  
  而 symbolic link，則是把指標指向hard link，所以如果所指向的hard link被刪除，就無法再存取此檔案了。

• block device和character device

  兩個都是跟IO有關。
  
  block device為固定大小長度來傳送資料且可以隨機存取，如硬碟或是光碟機。
  
  而character device 以不定長度的字元傳送資料且只能循序存取，如終端機、印表機。

Process State

Scheduler

Interrupt Handler

作業系統架構

硬體驅動原理

• GPIO
  • Linux GPIO interface<https://www.kernel.org/doc/Documentation/gpio/gpio.txt>_
• EXTI, NVIC
  • interrupt handling

效能表現

參考資料

• Introduction to uClinux<http://free-electrons.com/docs/uclinux/>_
• Getting Familiar with uClinux/ARM 2.6<http://opensrc.sec.samsung.com/Getting_Familiar_with_uClinuxARM2_6.html>_
• Practical Advice on Running uClinux on Cortex-M3/M4<http://electronicdesign.com/embedded/practical-advice-running-uclinux-cortex-m3m4>_
• µClinux for ARM Cortex-M3<http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1316982>_