基于Linux的嵌入式系统开发技术(第六章).ppt

第六章 基于Linux的嵌入式软件开发技术 目录 嵌入式软件设计 ARM-Linux内核 ARM-Linux系统的调试 ARM-Linux的设备驱动程序 嵌入式GUI简介 嵌入式软件设计 嵌入式软件设计—交叉编译 嵌入式软件设计—引导加载程序 嵌入式软件设计—引导加载程序 嵌入式软件设计—内核移植 嵌入式软件设计—内核移植 嵌入式软件设计—内核移植 嵌入式软件设计—内核移植 嵌入式软件设计—内核移植 嵌入式软件设计—文件系统 ARM-Linux内核 ARM-Linux内核 ARM-Linux内核 ARM-Linux内核 ARM-Linux内核 ARM-Linux内核—内存管理 存储管理是一个很大的范畴 存储地址映射和内存空间的分配 对地址访问的保护和限制 I/O地址映射 存储管理机制的实现和具体的CPU以及MMU的结构关系非常紧密 操作系统内核的复杂性相当程度上来自内存管理，对整个系统的结构有着根本性的深远影响。 ARM-Linux内核—内存管理 MMU，也就是“内存管理单元”，其主要作用是两个方面： 地址映射 对地址访问的保护和限制 MMU可以集成在芯片中，也可以作为协处理器 ARM-Linux内核—内存管理 冯·诺依曼结构：程序只是一种数据，对程序也可以像对数据一样加以处理，并且可以和数据存储在同一个存储器中。 哈佛结构：采用程序和数据两个存储器、两条总线的系统结构。 当前嵌入式系统中使用哈佛结构的较多。 ARM-Linux内核—内存管理 ARM存储管理机制 ARM系统结构中，地址映射可以是单层的按“段（section）”映射，也可以是二层的页面映射 采用单层的段映射的时候，内存中有个“段映射表” ，当CPU访问内存的时候： 其32位虚地址的高12位用作访问段映射表的下标，从表中找到相应的表项 每个表项提供一个12位的物理段地址，以及对这个段的访问许可标志，将这12位物理段地址和虚拟地址中的低20位拼接在一起，就得到了32位的物理地址 ARM-Linux内核—内存管理 如果采用页面映射，“段映射表”就成了“首层页面映射表”，映射的过程如下： 以32位虚地址的高12位（bit20-bit31）作为访问首层映射表的下标，从表中找到相应的表项，每个表项指向一个二层映射表。 以虚拟地址中的次8位（bit12-bit19）作为访问所得二层映射表的下标，进一步从相应表项中取得20位的物理页面地址。 最后，将20位的物理页面地址和虚拟地址中的最低12位拼接在一起，就得到了32位的物理地址。 ARM-Linux内核—内存管理 凡是支持虚存的CPU必须为有关的映射表提供高速缓存，使地址映射的过程在不访问内存的前提下完成，用于这个目的高速缓存称为TLB。 考虑到芯片成本，高速缓存不能放入全部映射表，由MMU有选择地存放部分表项。 ARM系统结构中配备了两个地址映射TLB和两个高速缓存。 ARM-Linux内核—内存管理 ARM处理器中，MMU是作为协处理器CP15的一部分实现的。 MMU相关的最主要的寄存器有三个： 控制寄存器，控制MMU的开关、高速缓存的开关、写缓冲区的开关等 地址转换表基地址寄存器 域访问控制寄存器 ARM-Linux内核—内存管理 ARM-Linux内核—内存管理 ARM-Linux内核—内存管理 ARM-Linux内核—内存管理 ARM-Linux进程的虚存空间 Linux虚拟内存的实现需要6种机制的支持： 地址映射机制 内存分配回收机制 缓存和刷新机制 请求页机制 交换机制 内存共享机制 ARM-Linux内核—内存管理 ARM-Linux内核—内存管理 ARM-Linux内核—中断响应与处理 ARM-Linux内核—中断响应与处理 ARM-Linux内核—中断响应与处理 ARM-Linux内核—中断响应与处理 ARM-Linux内核—中断响应与处理 ARM-Linux内核—中断响应与处理 ARM-Linux内核—中断响应与处理 ARM-Linux内核—中断响应与处理 ARM-Linux内核—Linux系统调用 Linux内核—系统的启动和初始化 Linux内核—系统的启动和初始化 Linux内核—进程管理和调度 Linux内核—进程管理和调度 1. Linux进程的创建 系统的第一个真正的进程，init内核线程（或进程）的标志符为1 新进程通过克隆老进程或当前进程来创建，系统调用fork或clone可以创建新任务 复制完成后，Linux允许两个进程共享资源而不是复制各自的拷贝 Linux内核—进程管理和调度 2. Linux进程的执行 要让若干新进程按照需要处理不同的事情，就必须通过系统调用exec 函数sys_execve将可执行文件的名字从用户空间取入内核空间以