嵌入式操作系统内核原理和开发（开篇）

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    操作系统是很多人每天必须打交道的东西，因为在你打开电脑的一刹那，随着bios自检结束，你的windows系统已经开始运行了。如果问大家操作系统是什么？可能有的人会说操作系统就是windows，就是那些可以放大、缩小、移动的窗口。对曾经是计算机专业的朋友来说，这个答案还要稍微复杂一些，操作系统可能还有linux、unix、ios、sun solaris、aix等。如果再细化一点，对嵌入式工具比较解的朋友还会有新的补充，因为在他们看来，vxworks、eCos、ucos也都是操作系统，虽然它们好多系统连界面都没有。

    既然操作系统称之为一个系统，那么它必然是由好多的部件组成的。有过linux嵌入式开发经验的朋友都知道，要想使一个linux在arm芯片上真正跑起来，它必须有三个部分组成，即boot + 内核 + 文件系统。而真正内核的东西其实很少，也就是cpu初始化、线程调度、内存分配、文件系统、网络协议栈、驱动这些部分组成。那么是不是所有的芯片都需要跑操作系统呢？我们可以举个例子。

    现在有一个简单的温度测量电路，它由三部分组成：1、单片机；2、温度传感器模块；3、无线发射模块。我们设计这么一个温度测量电路其实就是一个目的，那就是为了实时获取当前的温度信息。那么，这么一个简单的电路应该怎么设计程序呢？其实很简单。

void sleep(int value){    int outer;    int inner;        for(; outer < value; outer++)    {        for(inner = 0; inner < 1000; inner++)            ;    }}void main(){    while(1)    {        /* read temperature from port*/        sleep(1000);        /* send temperature to wireless module */        sleep(1000);    }}

    如果我们需要cpu干的事情很少，甚至极端一点说只有一件事情，那么根本没有设计操作系统的必要。我们设计出操作系统，主要是想在单位时间内完成几件事情。打个比方来说，你完全可以在工作的时候一遍写文档、一遍收发电子邮件，偶尔还能开个小差休息一会。 所以操作系统就是为了共享资源而存在的。

    认识操作系统的用途不难，关键是如何把操作系统用代码写出来。也许有人会跟你说，免费的代码一大堆，Linux就不错，你下载下来直接读就好了。但是我告诉你，最新的Linux内核版本已经轻松的越过了3.0，整个代码的长度远在千万行之上，你可能从哪看起都不知道。可能此时又有人不同意了，看不懂高版本的linux，可以看看linux低版本的代码，0.11版本的代码就不错，因为赵炯就是怎么推荐的。我要说的是，0.11的代码固然好，但是怎么编译版本、怎么修改代码、怎么构造文件系统、怎么跑起来是我们绕不过的一道难题。对于很多朋友来说，阅读linux代码尚且困难，更不要说后面还需要完成的一大摊子烂事了。

    说了这么多，我们需要的的内核代码是什么样的？其实在我看来，很简单。它只要满足下面两个条件就可以了，
（1）像用户软件一样可以运行；
（2）像用户软件一样可以单步调试。    

    要解决这些问题，对linux系统来说上不难解决。要解决os的运行和调试问题，关键就在于如何仿真中断和实现os的任务切换。至于任务的开启、运行和挂起，内存分配，互斥量，信号量，文件系统，tcp/ip协议栈，GUI操作，这些其实都是可以在linux上进行仿真和操作的，朋友们可以尽请放心。这部分的内容，我们会在以后的博客中陆续展开。

    为了能够更好地阅读后面发表的博文，我建议你巩固一下下面这些知识，这样会对你的理解有很大的裨益。
（1）cpu 结构，了解中断流程就行；
（2）linux 汇编语言；
（3）函数堆栈格式和内容；
（4）互斥量、信号量的使用方法；
（5）调度的基本策略；
（6）内存分配的基本方法；
（7）tcp/ip socket编程；
（8）gui编程方法，可以参考windows的方法；
（9）系统中的内存布局、编译原理等等。