解析MLD自動(dòng)化操作系統(tǒng)移植降低 Linux 成本

　隨著基于 Linux 的嵌入式系統(tǒng)得到日益廣泛的應(yīng)用，人們不禁要問(wèn)，類(lèi)似 Linux 這樣的免費(fèi)開(kāi)放源代碼操作系統(tǒng)的真正成本到底是多少？其實(shí)，最主要的成本是在勞動(dòng)力上。要將 Linux 內(nèi)核移植到定制嵌入式處理系統(tǒng)，您必須對(duì)產(chǎn)品所需要的內(nèi)核功能、這些功能對(duì)其他內(nèi)核服務(wù)的依賴(lài)程度以及您的工程團(tuán)隊(duì)的技能都有深入的了解。更重要的是，要了解可以借助哪些新技術(shù)來(lái)使這些任務(wù)能夠自動(dòng)化，以達(dá)到節(jié)省成本的目標(biāo)。
　　開(kāi)放源代碼與商業(yè)操作系統(tǒng)
　　我們很多人都看過(guò)為如何使用 Linux 源代碼提供指導(dǎo)的 GNU 通用公共許可證 （GPL）。要確定在系統(tǒng)中使用 Linux 的成本，一般來(lái)說(shuō)，第一步是了解 Linux 的哪些部分是真正免費(fèi)且不受法律約束的，哪些部分是需要小心保護(hù)的。這有點(diǎn)類(lèi)似于通過(guò)評(píng)估商業(yè)操作系統(tǒng)或 RTOS（實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）提供商來(lái)確定其產(chǎn)品中所包含的功能和費(fèi)用。
　　顯然，需要做出的一個(gè)決定，是購(gòu)買(mǎi)商業(yè) Linux 發(fā)行版，還是設(shè)法解決免費(fèi) Linux 發(fā)行版移植的問(wèn)題。很多工程師使用 Linux 只是為了利用其現(xiàn)有服務(wù)的一小部分，如文件系統(tǒng)、TCP/IP 和 HTTP 或 THTTP 等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。如果您只需要很少的服務(wù)，移植自己的 Linux 內(nèi)核可能不那么耗時(shí)，價(jià)格也不那么昂貴。
　　商用操作系統(tǒng) 已將其產(chǎn)品移植到許多最常用的處理器中，并提供可在各種標(biāo)準(zhǔn)硬件平臺(tái)上運(yùn)行的板支持包 （board support package， BSP），這正是商業(yè)操作系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)所在。遺憾的是，如果要設(shè)計(jì)定制嵌入式處理系統(tǒng)，商業(yè)操作系統(tǒng)可能產(chǎn)生為嵌入式硬件系統(tǒng)創(chuàng)建定制 BSP 服務(wù)的其它費(fèi)用，除非能將BSP 的生成自動(dòng)化。而這就是榮獲大獎(jiǎng)的 Xilinx? Platform Studio （XPS） 工具套件的眾多功能之一：在賽靈思 嵌入式處理設(shè)計(jì)中，BSP 和庫(kù)的生成都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。
　　
　　圖1： Linux 系統(tǒng)軟件和硬件層分布
　　為了更好地了解這一過(guò)程，讓我們來(lái)看看構(gòu)建一個(gè)完整的操作系統(tǒng)所需要的各種軟件和硬件層。圖 1 是對(duì) Linux 系統(tǒng)中多個(gè)層次的圖解。最底層是微處理器及其外設(shè)，這代表硬件層。要與這些外設(shè)進(jìn)行通訊，需要能與 Linux 內(nèi)核兼容的軟件驅(qū)動(dòng)程序。該內(nèi)核還包括啟動(dòng)功能和中斷處理等非常重要的服務(wù)，這些功能高度依賴(lài)于系統(tǒng)的架構(gòu)，通常針對(duì)特定處理器和系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行定制。
　　當(dāng)?shù)讓拥挠布脚_(tái)發(fā)生變化時(shí)（通常是為了容納新的應(yīng)用程序功能），內(nèi)核也就必須隨之而改變，而這需要時(shí)間，并會(huì)增加設(shè)計(jì)成本。對(duì)于為特定應(yīng)用程序量身打造的高度定制的處理平臺(tái)，這種情況已是司空見(jiàn)慣。設(shè)計(jì)人員通常使用基于 FPGA 的嵌入式系統(tǒng)，以便優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)，獲得硬件性能和軟件靈活性的最佳平衡。此外，如果要設(shè)計(jì)自己的定制嵌入式平臺(tái)，還必須考慮為新外設(shè)編寫(xiě)定制驅(qū)動(dòng)程序和確定內(nèi)核配置文件的合理設(shè)置所需要的時(shí)間，以及充分測(cè)試新內(nèi)核所需要的驗(yàn)證時(shí)間。
　　使操作系統(tǒng)設(shè)置自動(dòng)化
　　利用 XPS，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以構(gòu)建并優(yōu)化系統(tǒng)，使下列任務(wù)的執(zhí)行自動(dòng)化：分配地址映射、為外設(shè)配置驅(qū)動(dòng)程序、鏈接所有必需的庫(kù)，等等。完成這些設(shè)置后，系統(tǒng)即準(zhǔn)備就緒，可以開(kāi)始編寫(xiě)首個(gè)應(yīng)用程序了。但如果要編寫(xiě)的應(yīng)用程序是一個(gè)完整的操作系統(tǒng)的話會(huì)怎樣呢？這就是 Xilinx 創(chuàng)新方式的巧妙所在，利用它可以自動(dòng)化類(lèi)似 Linux 的定制操作系統(tǒng) 的生成。
　　XPS 有一種方法，可以通過(guò)微處理器庫(kù)描述 （microprocessor library description， MLD） 文件導(dǎo)出有關(guān)微處理器、外設(shè)和系統(tǒng)架構(gòu)的信息。MLD 文件包含定制軟件庫(kù)和為操作系統(tǒng)生成 BSP 的指令。