第10 嵌入式Linux 的文件系统

嵌入式Linux操作系统是一种针对嵌入式设备设计和优化的Linux操作系统。

它在嵌入式系统中发挥着关键作用，为嵌入式设备提供了丰富的功能和灵活性。

以下是嵌入式Linux操作系统的原理和应用方面的概述：嵌入式Linux操作系统原理：内核：嵌入式Linux操作系统的核心是Linux内核，它提供了操作系统的基本功能，包括处理器管理、内存管理、设备驱动程序、文件系统和网络协议栈等。

裁剪：为了适应嵌入式设备的资源限制，嵌入式Linux操作系统通常经过裁剪和优化，只选择必要的功能和驱动程序，以减小内存占用和存储空间，并提高性能和响应速度。

交叉编译：由于嵌入式设备通常具有不同的硬件架构和处理器，所以嵌入式Linux操作系统需要通过交叉编译来生成适用于目标设备的可执行文件和库。

设备驱动：嵌入式Linux操作系统需要适配各种硬件设备，因此需要编写和集成相应的设备驱动程序，以使操作系统能够正确地与硬件进行通信和交互。

嵌入式Linux操作系统应用：嵌入式设备：嵌入式Linux操作系统广泛应用于各种嵌入式设备，如智能手机、平板电脑、家用电器、工业控制系统、车载设备等。

物联网（IoT）：随着物联网的快速发展，嵌入式Linux操作系统被广泛应用于连接的嵌入式设备，用于数据采集、通信、远程控制和智能化管理。

嵌入式开发板：嵌入式Linux操作系统在开发板上提供了丰富的开发环境和工具链，用于嵌入式软件开发和调试。

自定义嵌入式系统：开发者可以基于嵌入式Linux操作系统构建自定义的嵌入式系统，根据特定需求进行定制和开发，实现各种功能和应用。

嵌入式Linux操作系统的原理和应用非常广泛，它为嵌入式设备提供了灵活性、可定制性和强大的功能支持，使得开发者能够构建高度定制化和功能丰富的嵌入式系统。

浅谈嵌入式Linux作者：薛兆光饶勇来源：《科技探索》2013年第10期摘要：伴随着 21 世纪的到来，计算机进入一个新的充满机遇的阶段。

随着嵌入式应用领域得到蓬勃、快速的扩展，它对嵌入式操作系统也提出了更严格的要求，Linux 操作系统由于其源代码开放、成本低、应用程序丰富等优点而受到广泛的关注。

关键词：Linux 嵌入式可定制性优点近年来，嵌入式Linux得到了飞速的发展。

嵌入式Linux的开发和研究是操作系统领域中的一个热点，目前己经开发成功的嵌入式系统中，大约有一半使用的是Linux。

在嵌入式应用的领域里，从因特网设备到专用的控制系统，Linux操作系统的前景都很光明。

由于Linux功能强大、可靠、灵活而且具有伸缩性，再加上它支持大量的微处理器体系结构、硬件设备、图形支持和通信协议，这些都使得它作为许多方案和产品的软件平台越来越流行。

Linux操作系统是UNIX操作系统的一种克隆系统，它诞生于1991年的10月5日。

这是第一次正式向外公布的时间，以后借助于Internet网络，并通过全世界各地计算机爱好者的共同努力，已成为今天世界上使用最多的一种UNIX 类操作系统，并且使用人数还在迅猛增长一、嵌入式Linux的可定制性嵌入式系统的多样化特征，使得对嵌入式Linux必须具备一定的定制能力，使其能够满足特定嵌入式系统的要求。

作为嵌入式操作系统的基本属性，可裁剪性是嵌入式操作系统应具备的、能够根据应用需求或硬件平台的变化，动态配置系统功能的能力。

因此，嵌入式Linux本身提供的剪裁配置能力的高低，是衡量这种嵌入式操作系统是否具有广泛应用前景的重要指标。

一般来说，嵌入式系统的定制分为源代码级定制和目标代码级的定制。

源码级的定制不会给系统带来任何系统开销，但是它不能动态的定制，每次定制都需要重新生成系统。

目标码级的定制可以动态配置，但它会带来一定的系统开销。

嵌入式Linux的可定制性有以下几种：⑴可配置性指在生成系统时，用户可以根据自己硬件平台的具体情况，对操作系统功能进行选择。

Linux操作系统⽀持常⽤的⽂件系统有哪些？⼤家常常可能因为⼯作或学习的需要，要使⽤个操作系统（⽐如Windows和Linux）。

⼤家对Windwos⽀持的⽂件系统可能⽐较熟悉，⽽对Linux操作系统所⽀持的⽂件系统也许⽐较陌⽣。

常需要把Windows中的⽂件拷贝到Linux系统下使⽤，这就需要了解Linux操作系统所⽀持的⽂件系统。

下⾯简单说明了Linux操作系统所⽀持的⼏个⼤家常⽤的⽂件系统的主要的⼤家关⼼的特点，⽐如，单个⽂件⼤⼩的限制和该⽂件系统所⽀持的最⼤容量。

1、Linux操作系统使⽤虚拟⽂件系统（VFS）向上和⽤户进程⽂件访问系统调⽤接⼝，向下和具体不同⽂件系统的实现接⼝。

VFS屏蔽了具体⽂件的实现细节，向上提供统⼀的操作接⼝。

通过VFS可以实现任意的⽂件系统，这些⽂件系统通过⽂件访问系统调⽤都可以访问。

所以Linux系统核⼼可以⽀持⼗多种⽂件系统类型，⽐如Btrfs、JFS、 ReiserFS、ext、ext2、ext3、ext4、ISO9660、XFS、Minx、MSDOS、UMSDOS、VFAT、NTFS、HPFS、NFS、SMB、SysV、PROC等。

下⾯说明其⽀持的⼏个重要的⽂件系统2、ext专门为Linux设计的，为linux核⼼所做的第⼀个⽂件系统。

单个⽂件最⼤限制：未知；该⽂件系统最⼤⽀持2GB的容量。

3、ext2由Rémy Card设计，⽤以代替ext，是LINUX内核所⽤的⽂件系统。

单个⽂件最⼤限制2TB；该⽂件系统最⼤⽀持32TB的容量。

4、ext3⼀个⽇志⽂件系统。

单个⽂件最⼤限制16TB，该⽂件系统最⼤⽀持32TB的容量。

5、ext4Theodore Tso领导的开发团队实现,Linux系统下的⽇志⽂件系统。

单个⽂件最⼤限制16TB，该⽂件系统最⼤⽀持1EB 的容量。

6、JFS2⼀种字节级⽇志⽂件系统,该⽂件系统主要是为满⾜服务器的⾼吞吐量和可靠性需求⽽设计、开发的。

嵌⼊式Linux中常见的⽂件系统及特点1、Linux可⽀持的⽂件系统有多种，但是这么多种的⽂件系统都是基于Linux内核所提供的⽂件系统VFS的接⼝API。

因此对于Linux内核级别实现的⽂件系统只有VFS虚拟⽂件系统； 其余实现的⽂件系统都是调⽤VFS⽂件系统的API更上⼀层实现的；2、Linux⽂件系统的组成结构： 1、⽤户层：⽤户层向外提供Linux内核所⽀持⽂件系统的VFS的API接⼝ 内核层：内核实现了所说的各种⽂件系统 驱动层：驱动层是块设备的驱动程序 硬件层：硬件层是不同⽂件系统⽀持的存储器；3、Linux启动时的⽂件系统： 硬件上电启动，各项硬件初始化后，第⼀个启动的⽂件系统时RootFS根⽂件系统，如果说根⽂件系统没有起来，系统出现异常、将重启；4、常⽤的⽂件系统运⾏、存储设备有： DRAM、SDRAM以及ROM其中常使⽤flash;5、根据不同的存储介质，常见的⽂件系统有： 基于Flash（Nor、Nand）的⽂件系统有： jffs2:可读写，数据压缩、⽀持哈希表的⽂件系统，掉电保护；缺点：不适合使⽤在⼤容量的Nand Flash中，内存使⽤量太⼤极⼤降低数据操作速度； yaffs：读写速度快，占⽤内存⼩，实现内存访问异常处理；混合的垃圾回收算法；特别适合嵌⼊式设备使⽤；跨平台、⾃带Nand 芯⽚驱动 cramfs：只读的⽂件系统，执⾏速度快，内容⽆法扩充；⽂件系统健壮； romfs：简单紧凑、只读、不⽀持动态擦写；较多使⽤在uclinux系统上； 基于RAM存储介质的⽂件系统： ramdisk：将⼀部分固定⼤⼩的内存当做分区使⽤，不能真正算的上实际的⽂件系统，更像是⼀种机制，将实际的⽂件系统加载到内存中；将⼀些经常被访问的⽽⼜不会更改的⽂件放⼊到内存中，达到提⾼系统效率的⽬的；同时还负责将内核镜像与⽂件系统⼀块加载到内存中； ramfs/tmpfs ：基于内存的⽂件系统，⼯作于虚拟⽂件系统层，可以创建多个⽂件系统，可以指定每个⽂件系统最⼤使⽤内存；这种⽂件系统将所有的⽂件都放在RAM中，既可以提⾼读写速度，也可以避免对flash⼤量的读写操作；⽂件系统不可以格式化，占⽤内存⼤⼩可以指定； ⽹络⽂件系统： NFS：是⼀种基于⽹络共享技术，可以在不同平台、不同机器、不同操作系统上实现⽂件共享、⽂件传输；在嵌⼊式Linux系统初始开发阶段可以⾮常⽅便⽂件传输、⽂件修改；地址异常进⼊模式描述0x0000,0000复位管理模式电平复位0x0000,0004未定义指令异常未定义模式遇到不能处理的指令，⽆法识别的指令0x0000,000c 软件中断管理模式异常发⽣时CPU处理的步骤：R13(sp),R15(PC)1、保存当前执⾏位置：LR寄存器(R14)2、保存当前执⾏状态：CPSR3、寻找中断⼊⼝，中断向量表:PC寄存器找向量地址4、执⾏中断处理完成：5、中断返回，继续执⾏：R14 <exception_mode> = return linkSPSR<exception_mode>=CPSRCPSR[4:0] =exception mode number;/* 处理器⼯作模式控制位 */CPSR[5]=0; /* 使⽤ARM指令集 */If<exception_mode> == reset or FIQ thenCPSR[6]= 1;/* 屏蔽快速中断FIQ */CPSR[7]=1; /* 屏蔽外部中断IRQ */PC=exception vector address;复位异常中断处理程序的主要功能：1、设置异常中断向量表：2、初始化数据栈和寄存器：3、初始化存储系统MMU:4、初始化关键IO设备：5、使能中断：6、处理器切换到合适的模式：7、初始化C变量跳转到应⽤程序执⾏：R14<SVC> = 设置相应的值；SPSR<SVC> = 设置相应的值；CPSR[4:0]=0b10011;/* 进⼊特权模式 */CPSR[5]=0; /* 使⽤ARM指令集 */CPSR[6] =1; /* 禁⽌相关关闭FIQ */CPSR[7] =1; /* 禁⽌IRQ */If high vectors configured thenPC=0xffff,0000;ElsePC= 0x0000,0000;其余的异常以此类推；异常的优先级：1、Reset: 优先级1（最⾼）2、Data abort:23、FIQ:34、IRQ:45、Prefetch abort:56、SWI或者undefined instruction:6(最低)，软件中断异常或者未定义指令异常ARM硬件接⼝：1、程序的链接地址和程序地址：ld程序链接地址程序链接地址：是程序运⾏的起始地址；程序地址：是程序保存在硬盘中的地址；2、呵呵呵。

嵌入式linux系统开发标准教程嵌入式Linux系统开发是一门非常重要的技术，它在嵌入式设备、物联网和智能家居等领域中得到广泛应用。

本文将介绍嵌入式Linux系统开发的标准教程，帮助读者了解该技术的基本原理和常用的开发工具。

一、嵌入式Linux系统开发的基本原理嵌入式Linux系统开发是指将Linux操作系统移植到嵌入式设备中，并针对特定的应用领域进行定制开发。

它与传统的桌面Linux系统有很大的区别，主要体现在以下几个方面：1. 硬件平台的选择：嵌入式设备通常采用ARM架构或者其他低功耗的处理器架构，而不是传统的x86架构。

因此，在进行嵌入式Linux系统开发时，需要根据具体的处理器架构进行相应的移植和优化。

2. 精简的内核：由于嵌入式设备的资源有限，为了提高系统性能和节省资源，嵌入式Linux系统通常会精简内核。

这需要对Linux内核的源代码进行裁剪和优化，以去除不必要的模块和功能，并保留对应用需求的必要功能。

3. 定制化的驱动程序和应用程序：嵌入式设备通常需要与各种外设进行交互，因此需要编写相应的驱动程序。

此外，根据具体的应用需求，还需要定制相关的应用程序和用户界面。

二、嵌入式Linux系统开发的工具嵌入式Linux系统开发需要使用一些常用的工具，下面是一些常用的工具和其功能的介绍：1. 交叉编译工具链：由于嵌入式设备和开发主机的处理器架构不同，无法直接在开发主机上编译和运行目标代码。

因此，需要使用交叉编译工具链，在开发主机上生成适用于目标设备的可执行文件。

2. 调试工具：在嵌入式Linux系统开发过程中，调试是非常重要的一环。

常用的调试工具包括GDB（GNU调试器）和strace（系统调用跟踪工具），它们可以帮助开发人员追踪程序的执行过程和定位错误。

3. 文件系统工具：嵌入式设备的存储资源有限，需要使用文件系统来组织和管理存储的数据。

常用的文件系统工具包括mkfs（创建文件系统）、mount（挂载文件系统）以及文件传输工具（如scp和rsync）等。