基于应用程序的嵌入式Linux内核自动裁剪

摘要

嵌入式操作系统作为嵌入式系统的核心组成部分，必须满足嵌入式系统资源有限、面向特定应用、专用硬件和与应用软件密切相关等重要特征。但是，每个嵌入式系统在功能、处理器性能、成本、体积、规模、实时性等各个方面的要求都不相同，因此研究与开发一个嵌入式实时操作系统来满足嵌入式系统多样性要求具有很重要的理论和现实价值，而嵌入式操作系统的可定制剪裁的研究对满足嵌入式系统的多样性要求同样具有重要的理论和实用价值。 而目前对Linux操作系统内核的剪裁配置方法大都是在源代码基础上，通过配置工具生成配置文件，然后根据配置文件条件编译生成目标系统内核。但这种方法裁剪的定制能力有限，工具集成度不高，需要通过命令干预，其配置方案、编译过程复杂且需手动完成。因此开发一种高可定制的，能够根据应用程序自动裁剪Linux内核的方法有较高的理论和实践意义。 针对以上情况，本文对Linux内核实时性能进行改进，并实现了一种高可定制的、基于应用程序的嵌入式Linux内核自动裁剪，以下是本文实现嵌入式Linux实时内核自动裁剪所完成的工作步骤及内容： 1) 分析Linux应用于嵌入式实时系统的优势、不足，以及嵌入式Linux实时性增强的方法，在此基础上，提出了基于Linux构建一个的嵌入式实时操作系统的方案； 2) 对Linux内核进行细粒度的可定制裁剪，接着主要分析阐述了嵌入式Linux文件系统及网络功能部分，并对文件系统和网络功能部分进行细粒度的裁剪划分，为自动裁剪做好准备： 3) 对Linux内核原有剪裁机制的进行了分析，总结了基于源代码的Linux内核裁剪技术，引入基于应用程序的嵌入式Linux内核自动裁剪方法，根据应用程序调用的函数集合，自动选择需要的功能内核模块，然后自动修改内核．config文件和autoconf.h文件，提供给内核编译使用，实现可视化的Linux内核自动裁剪。 最后，针对嵌入式Linux自动裁剪方法，进行了实例验证与分析，并对Linux在嵌入式内核自动裁剪，需要解决一些问题和进一步提高自动裁剪的定制能力提出了白己的建议。

目录

文摘

英文文摘

东南大学学位论文独创性声明及使用授权声明

第一章 引言

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 课题研究内容

1.3 论文的组织结构

第二章 嵌入式Linux操作系统

2.1 嵌入式操作系统概述

2.1.1 嵌入式操作系统的特点

2.1.2 嵌入式操作系统应具备的功能

2.1.3 嵌入式操作系统体系结构

2.2 嵌入式Linux操作系统

2.2.1 Linux操作系统结构分析

2.2.2 Linux作为嵌入式操作系统的优势

2.2.3 目前嵌入式Linux操作系统研究情况

2.3 ARM-XSBase简介

2.3.1 ARM-XSBase硬件简介

2.3.2 ARM-XSBase软件开发简介

2.4 本章小结

第三章 嵌入式Linux内核实时性研究与优化

3.1 Linux内核实时性不强的一些原因

3.2 Linux实时调度算法的改进

3.2.1最早时间限优先算法(EDF)性能分析

3.2.2实时调度算法(EDF)的实现

3.3 虚拟内存的改进

3.4 减少Linux的调度延时

3.5 实时性能测试与分析

3.5.1 系统上下文切换测试

3.5.2 实时调度延时的测试

3.6 本章小结

第四章Linux内核裁剪机制研究与分析

4.1 Linux内核源代码结构分析

4.2 Linux内核原有剪裁配置过程

4.3 Linux内核裁剪编译生成过程

4.4 Linux内核原有裁剪机制的缺陷

4.4.1 Linux内核裁剪配置机制存在的一些问题

4.4.2 Linux内核定制能力有限

4.5 Linux内核裁剪的改进

4.6 本章小结

第五章Linux内核细粒度可定制的研究与实现

5.1 细粒度定制的设计与实现

5.2 可定制文件系统的设计与实现

5.2.1 Linux文件系统概述

5.2.2 VFS文件系统调用的细粒度定制

5.3 可定制的TCP/IP网络协议的设计与实现

5.3.1 嵌入式网络概述

5.3.2 TCP和UDP协议栈的定制

5.3.3 网络协议系统调用裁剪

5.4 本章小结

第六章 基于应用程序嵌入式Linux内核自动裁剪的实现

6.1 自动裁剪设计方案

6.2 自动裁剪各功能模块设计

6.2.1 库函数与内核功能对应关系的建立

6.2.2应用程序的调用函数的自动识别

6.2.3 Linux内核初始化配置

6.3 自动裁剪的实现

6.3.1 自动配置过程

6.3.2 内核编译过程

6.4 改进后的效果

6.5 自动裁剪的性能验证与分析

6.6 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 论文总结

7.1.1 主要的工作

7.1.2 本文实现的优点

7.1.3 本文工作的不足

7.2 工作展望

参考文献

附录一 ARM_XScale开发板操作

附录二 EDF调度器的实现部分代码

作者简介

致谢