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嵌入式操作系统移植软件仿真探究 　　摘 要：嵌入式系统开发要依赖真实的硬件平台，所以进行开发的成本较高。本文研究用软件仿真的方式来模拟各种硬件开发平台，使得开发者和学习者在模拟环境中进行嵌入式操作系统的移植工作，为在硬件平台上的移植以及后续的开发工作打下良好的基础。本文分析了常见的仿真平台，并给出uclinux在Skyeye上的移植过程。 关键词：嵌入式操作系统；移植；仿真；Skyeye；Armulator 中图分类号：TP316.2；TP391.9 嵌入式开发的首要任务是在嵌入式硬件平台上安装配置嵌入式操作系统，由于嵌入式硬件平台的异构性和多样性，加之嵌入式操作系统种类较多，导致嵌入式操作系统的移植往往比较复杂和容易出错。而且，嵌入式开发和实验平台成本较高，使得实验机会相对较少。因此本文讨论使用软件仿真的方式代替真实硬件平台，以便可以在缺少硬件平台的情况下掌握嵌入式操作系统移植的方法，提高在真实硬件平台上的成功率。由于仿真软件不能模拟硬件平台的所有特性，而且在硬件平台上的开发流程依赖真实的硬件特性，与仿真环境有一定区别，所以最终的仿真结果还需要在硬件平台上测试。 1 常见嵌入式仿真软件 嵌入式仿真软件是在宿主机上建立起一个内核与外设均可配置与裁剪的模拟平台，能进行指令级的模拟，操作系统和软件能在仿真软件上运行，就像在真正的硬件系统上一样。将仿真软件应用到嵌入式软件的开发与测试中，可以让软件和硬件开发同步进行，缩短开发周期；可以根据设计需要选择外设和芯片型号，构建新的嵌入式系统；可以提供比真正硬件环境下更丰富的测试环境，可以避免直接使用硬件测试带来的风险；能够方便的进行调试。嵌入式仿真软件中最核心的部分是指令模拟器，可以模拟ARM指令的执行过程。常见的嵌入式仿真软件有ARM公司的ARMmulator，清华大学Sky Eye项目中的指令模拟器，Linux上的开源软件GDB ARMulator等。ARM公司针对ARM相关应用开发和调试提供了一个开发软件套装ARM Developer Suite（ADS）。本文主要对ARMulator和skyeye进行介绍并研究嵌入式操作系统uClinux在skyeye上的具体移植方法。 2 ARMulator简介 通常所说的ARMulator有两种，一种是GDB/ARMulator，是国际开源组织的程序调试工具GDB自带的模拟器。另一种是ARM公司自己推出的它包含在在其集成成开发环境ADS中的ARM模拟器。他们都是指令集模拟器，需要和在通x86体系结构计算机上的运行的调试器软件连接，得以实现模拟ARM体系结构和指令集，并且给出了ARM程序的软件仿真开发和调试环境。除了能够仿真ARM处理器的体系结构和指令集，ARMulator还可以其他硬件结构如存储器和外围设备，例如中断控制器和定时器等，这样就模拟了一个进行嵌入式开发的最小子系统，另外使用者还可以扩展添加自己的外设。 通过分析ARMulator的源代码，我们可以看到它是由一个一个的模块（module）组成的，其中起核心作用的模块主要有：处理器核心模块；存储器模块。以及一些外设模块，如：中断控制器仿真模块；定时器仿真模块，用来为系统提供定时中断；堆栈跟踪器模块；显示管模块，等等。开发人员可以通过修改已有模块来生成满足特定需求的模块，也可以按照给定的接口规范编写出符合应用需求的其他外设仿真模块。而且，在ARMulator上可以很好的移植μC/OS-II操作系统。μC/OS-II是一个嵌入式实时操作系统内核，包含了任务调度、任务管理、时间管理、内存管理和任务间的通信与同步等基本功能。研究人员可以在ARMulator上移植和调试μC/OS-II，甚至可以在其上完成一些开发工作，这样就可以为在实际嵌入式硬件平台上移植和开发打下基础。 3 SkyEye概述 SkyEye是一个比较完整的嵌入式仿真软件环境，目前可以仿真大部分主流的嵌入式开发板和外部设备。SkyEye中的ARM模拟器是在GDBARMulator基础上进行开发和完善的。SkyEye是一个源代码开放的开源项目，由清华大学发起，支持windows系统和linux系统，目前已维护到2.0版本。SkyEye的目标是在常用的Linux平台上仿真多种主流的嵌入式开发板和外部设备，而在windows中是通过mingw和mysys构建GNU环境来实现对Skyeye的支持，从而建立一个可扩展的硬件模拟框架。SkyEye是指令级模拟器，可以模拟多种嵌入式开发板，可支持多种CPU指令集，而在SkyEye上运行的OS意识不到它是在一个虚拟的环境中运行，而且开发人员可以通过SkyEye调试操作系统和系统软件。 3.1 整体架构 SkyEye可以模仿多种完