摘要Q?/font>随着嵌入式Linuxpȝ的迅速发展，嵌入式Linux已发展成为嵌入式操作pȝ的一个重要分支。本文介l了嵌入式Linux的设计和几种行的嵌入式Linuxpȝ?
关键词：嵌入式Linux
一、引a
嵌入式系l?Embedded Systems)是根据应用的要求Q将操作pȝ和功能Y仉成于计算机硬件系l之中，从而实现Y件与g一体化的计机pȝ。嵌入式pȝ出现?0q代晚期Q它最初被用于控制机电电话交换机，如今已被q泛的应用于工业刉、过E控制、通讯、A器、A表、汽车、船舶、航I、航天、军事装备、消费类产品{众多领域。嵌入式pȝ在数量上q远过了各U通用计算机系l：计算机系l核心CPUQ每q在全球范围内的产量大概在二十亿颗左叻I其中过80Q应用于各类专用性很强的嵌入式系l?/p>
一般的_凡是带有微处理器的专用Ygpȝ都可以称为嵌入式pȝ。和通用的计^台相比，嵌入式系l往往h功能单一、体U小、功耗低、可靠性高、剪裁性好、Yg集成度高、计能力相对较低等特点。多q来Q嵌入式讑֤中没有操作系l，其主要原因有二：首先Q诸如洗衣机、微波炉、电冰箱q样的设备仅仅需要一道简单的控制E序Q以理数量有限的按钮和指示灯，没有使用操作pȝ的必要；其次Q它往往只具有有限的g资源Q不以支持一个操作系l?/p>
然而，随着g的发展，嵌入式系l变得越来越复杂Q最初的控制E序中逐步的加入了许多功能Q而这些功能中有很多可以由操作pȝ提供。于是，?0q代末期出现了嵌入式操作pȝ(Embedded Operating Systems)Q它的出现大大简化了应用E序设计Qƈ可以有效的保障Y件质量和~短开发周期。简单的ES一般ƈ不用操作系l，只包含一些控制流E，但是随着嵌入式操作系l在复杂性上的增长，单的程控制׃能满系l的要求Q这是就必须考虑使用操作pȝ做系lY件。因此，嵌入式操作系l就应运而生?/p>
随着EOS的广泛应用，业界已推Z些应用比较成功的EOS产品。归Uv来EOS应该h以下几个特点Q小巧、实时性、可装卸、固化代码、弱交互性、强E_性和l一的接口。目前用最多的EOS产品包括有：Vxwork、QNX、PalmOS、WindowsCE、pSOS、Hopen OS(国内凯思集团公司自ȝ制开?{。其中，Vxwork使用最为广泛、市场占有率最高，其突出特Ҏ实时性强(采用优先U抢占和轮{调度{机?Q除此之外，其可靠性和可剪裁性也相当不错。QNX是一U~性极佳的pȝQ其核心加上实时POSIX环境和一个完整的H口pȝq不C兆。相比之下，Microsoft WinCE的核心体U庞大，实时性能也差Zh意，但由于Windowspd友好的用L面和为程序员所熟悉的APIQƈ捆绑IE、Office{应用程序，正逐渐获得更大的市Z额。而与q些商业化的操作pȝ相比QLinux已经来受Ch们的注意?/p>
二、嵌入式Linux概述
Linux是一个成熟而稳定的|络操作pȝ。将Linux植入嵌入式设备具有众多的优点。首先，Linux的源代码是开攄QQ何h都可以获取ƈ修改Q用之开发自q产品。其ơ，Lirmx是可以定制的Q其pȝ内核最只有约134kB。一个带有中文系l和囑Ş用户界面的核心程序也可以做到不1MBQƈ且同L定。另外，它和多数Unixpȝ兼容Q应用程序的开发和UL相当Ҏ。同Ӟ׃h良好的可UL性，Z已成功Linuxq行于数癄gq_之上?/p>
然而，Linuxq专门为实时性应用而设计，因此如果惛_对实时性要求较高的嵌入式系l中q行LinuxQ就必须Zd实时软g模块。这些模块运行的内核I间正是操作pȝ实现q程调度、中断处理和E序执行的部分，因此错误的代码可能会破坏操作pȝQ进而媄响整个系l的可靠性和E_性。Linux的众多优点还是它在嵌入式领域获得了q泛的应用，q出C数量可观的嵌入式Linuxpȝ。其中有代表性的包括QuClinux、ETLinux、ThinLinux、LOAF{。ETLinux通常用于在小型工业计机Q尤其是PCQ?04模块。ThinLinux面向专用的照相机服务器、X-10控制器、MP3播放器和其它cM的嵌入式应用。LOAF是Linux On A Floppy的羃略语Q它q行?86q_上?/p>
三、Linux作ؓ嵌入式操作系l的优势
Linux作ؓ嵌入式操作系l的优势主要有以下几点：
1?可应用于多种gq_。Linux已经被移植到多种gq_Q这对于l费Q时间受限制的研I与开发项目是很有吸引力的。原型可以在标准q_上开发后UL到具体的g上，加快了Y件与g的开发过E。Linux采用一个统一的框架对gq行理Q从一个硬件^台到另一个硬件^台的改动与上层应用无兟뀂Linux可以随意地配|，不需要Q何的许可证或商家的合作关p，源代码可以免费得到。这使得采用Linux作ؓ操作pȝ不会遇到M关于版权的纠U毫无疑问，q会节省大量的开发费用。本w内|网l支持，而目前嵌入式pȝ对网l支持要求越来越高。Linux的高度模块化使添加部仉常容易?/p>
2?Linux是一个和Unix怼、以内核为基的、具有完全的内存讉K控制Q支持大量硬?包括X86QAlpha、ARM和Motorola{现有的大部分芯?{特性的一U通用操作pȝ。其E序源码全部公开QQ何h可以修改q在GUN通用公共许可?GNU General Public License)下发行。这P开发h员可以对操作pȝq行定制Q适应其特D需要?/p>
3?Linux带有Unix用户熟悉的完善的开发工P几乎所有的Unixpȝ的应用Y仉已移植到了Linux上。Linuxq提供了强大的网l功能，有多U可选择H口理?X Windows)。其强大的语a~译器GCCQC++{也可以很容易得刎ͼ不但成熟完善Q而且使用方便?/p>
四、嵌入式Linux的徏?/strong>
完整的嵌入式Linux解决Ҏ应包括嵌入式Linux操作pȝ内核、运行环境、图形化界面和应用Y件等。由于嵌入式讑֤的特D要求，嵌入式Linux解决Ҏ中的内核、环境、GUI{都与标准Linux有很大不同，其主要挑战是如何在狭的FLASH、ROM和内存中实现高质量的d实时调度、图形化昄、网l通信{功能?/p>
1?_内核
Linux内核有自ql构体系Q其中进E管理、内存管理和文gpȝ是其最基本?个子pȝ。图1单表CZ它的框架。用戯E可直接通过pȝ调用或者函数库来访问内核资源。正因ؓLinux内核hq样的结构，因此修改内核时必L意各个子pȝ之间的协调?img height="407" alt="" hspace="1" src="http://www.21ic.com/info/images/tougao/050725/qrsLinux-a.gif" width="292" align="right" vspace="1" border="0" />
嵌入式Linux内核一般由标准Linux内核裁剪而来。用户可Ҏ需求配|系l，剔除不需的服务功能、文件系l和讑֤驱动。经q裁剪、压~后的系l内怸般只?00k左右Q十分适合嵌入式设备。同标准Linux不同的是嵌入式Linux必须要实CFLASH或ROM的启动。标准Linux启动代码实现了系l初始化和从软盘、硬盘O盘区引导内核。嵌入式Linux一般保存在FLASH或ROM中，标准LILO无法引导。在支持直接从FLASH讑֤引导的系l中Q如华恒公司的uClinuxQ引导程序主要完成对gpȝ的初始化工作和操作系l的解压、移位工作。在不支持直接从FLASH引导的系l中QFLASH讑֤只能作ؓ非引导磁盘用。此Ӟ可采用先从硬盘或软盘加蝲一个小操作pȝQ如嵌入式DOSQ然后再执行"Loadlin"加蝲E序从FLASH引导嵌入式Linux?/p>
Ҏ准Linux的修改主要是虚拟内存和调度程序部分的改动。因为标准Linuxpȝ使用虚拟内存理的目的是Z能同时运行多个进E，但是q样每个待运行的q程所能分配的CPU旉片就受限Ӟ资源的用效率就低。这样对于实时性要求较高的嵌入式系l来_实时d往往要求CPUh很高的突发处理能力，卛_有些时候需要极高的处理效率Q因此需要屏蔽内核的虚拟内存理机制。对于无盘讑֤的嵌入式pȝQ不必采用虚存管理。强实时需求的嵌入式应用可以通过修改d调度模块实现Q主要是在内核和讑֤驱动E序中加入了许多切换炏V在该点处，pȝ是否存在未处理的紧急中断，有则剥夺内核的运行，及时处理中断。实现实时性服务的一个较好的Ҏ是在标准的Linux内核上增加一个实时内核，标准Linux内核作ؓ一个Q务运行于实时内核上，强实时性Q务也直接q行在实时内怸Q如RT-Linux{?/p>
文gpȝ是嵌入式Linux操作pȝ必不可少的。但标准Linux支持大量的文件系l，因此除了满pȝ的正常运行需要而保留一U外Q其它的全部可以删除Q利用原有的讄选项可以U除。一般嵌入式讑֤文gpȝ主要使用RamDisk技术和|络文gpȝ技术。RamDisk可驻留于FlashQ运行时加蝲到内存中?/p>
2?_q行环境
Linux通常的运行环境指用户q行M应用的基设施Q主要包括函数库和基本命令集{。标准Linuxpȝ同时向用h供了静态和动态函数库。静态函数库在生成应用时直接链接到用户应用中。动态库在应用运行时才链接。由于嵌入式pȝ应用一般都是在开发^C预先生成的，因此嵌入式系l只需向应用提供动态函数库。Linux应用q行所需的函数库主要有C库、数学库、线E库、加密库、网l通信库等。其中最基本的是C语言的运行库glib。这个库主要完成基本的输入输出，内存讉KQ文件处理。一个标准的glib库大U要1200kB存储I间Q考虑到嵌入式Linux内核往往很小Q这U运行库实在太大Q我们做了一些精的工作，Ҏ有两U：(1)、用静态连接的ҎQ完全不使用q行库动态连接；(2)、对q个库的函数q行_?/p>
在一个桌面系l上Q用动态连接可以带来许多好处。用动态连接库Q可以让应用E序跟函数库的更新、升U分，便于l护Q可以让同时q行的多个程序共享一D代码。但是，在嵌入式pȝ中，很少有多个程序ƈ行的可能Q程序的l护Q尤其是库函数的l护更新是不常见的。这Ӟ使用静态连接的优势极为明显。因为静态连接可以只库中用到的部分q接q程序。在应用E序较少(于5)的情况下Q静态连接可以达到较好的l果。ؓ了便于将来扩充的需要，我们也采用第二种ҎQ针Ҏ们的需要，对库函数的内容进行精Q只保留一些基本功能，q有一U方法是采用其它的C语言q行库。但是这些库对兼Ҏ媄响很大?/p>
基本命o集同hq行用户应用的基Q主要包括初始化q程initQ终端获取getty、Shell和基本命令等。嵌入式pȝ的启动过E可能与标准Linux不同Q例如蟩q登录过E直接启动GUI{。这p求修改initQgetty{。标准Linux命o集同L于体U问题无法直接应用于嵌入式环境。目前，命令集的解x法主要有集成Ҏ和汇~方法两U。集成方法采用集成公共部分减命令集整体体积Q用C实现Q有较好的^台移植性；汇编Ҏ则采用汇~编E减每个命令的体积Q这样可使体U很但其^台移植性较差?/p>
3?嵌入式Linux下的GUI
GUI在嵌入式pȝ或者实时系l中的地位越来越重要Q比如PDA、DVD播放机、WAP手机{，都需要一个完_漂亮的图形用L面。这些系l对GUI的基本要求包括：(1)、轻型、占用资源少Q?2)、高性能Q?3)、高可靠性；(4)、可配置。这些也成ؓ评h嵌入式系l的重要指标。目前，嵌入式Linux上的GUI主要有winCE、Micro Window、紧~的X Window、MiniGUI(国内做得较好的自pY件之一)。标准Linux的Xfree86׃体积庞大Q运行环境要求高Q无法运行于嵌入式环境。嵌入式GUI主要通过削减功能Q降低性能来实CU小和占用资源少。目前嵌入式Linux上的GUI环境主要有两c：Xcdwin32cRXcGUI分ؓ服务方和客户方两斏V服务器Ҏ供鼠标、键盘处理和昄功能Q客h是用户应用，服务方和客户斚w过socket接口和X协议通信。采用该方式十分有利于远E网l图形化服务Q客h和服务方可通过|络实现X协议和图形显C。典型的XcGUI有Micro Window、紧~的X Window{。win32cȝGUI不存在客h和服务方Q每个Q务都自成一体，Md间的切换、事件分发由专门的管理Q务负责。如wiCE、MiniGUI是cM于win32cȝGUI?/p>
五、当前流行的几种嵌入式Linuxpȝ
除了数字l端领域以外QLinux在移动计^台、智能工业控制、金融业l端pȝQ甚臛_事领域都有着q泛的应用前景。这些Linux被统UCؓ"嵌入式Linux"?/p>
1、RT-Linux
q是q国墨西哥理工学院开发的嵌入式Linux操作pȝ。到目前为止QRT-Linux已经成功地应用于航天飞机的空间数据采集、科学A器测控和电媄Ҏ囑փ处理{广泛领域。RT-Linux开发者ƈ没有针对实时操作pȝ的特性而重写Linux的内核，因ؓq样做的工作量非常大Q而且要保证兼Ҏ也非常困难。ؓ此，RT-Linux提出了精巧的内核Qƈ把标准的Linux核心作ؓ实时核心的一个进E，同用L实时q程一赯度。这样对Linux内核的改动非常小Qƈ且充分利用了Linux下现有的丰富的Y件资源?/p>
2、uClinux
uCLinux是Lineo公司的主打品，同时也是开放源码的嵌入式Linux的典范之作。uCLinux主要是针对目标处理器没有存储理单元MMU(Memory Management Unit) 的嵌入式pȝ而设计的。它已经被成功地ULC很多q_上。由于没有MMUQ其多Q务的实现需要一定技巧。uCLinux是一U优U的嵌入式Linux版本Q是micro-Conrol-Linux的羃写。它U承了标准Linux的优良特性，l过各方面的型化改造，形成了一个高度优化的、代码紧凑的嵌入式Linux。虽然它的体U很，却仍然保留了Linux的大多数的优点：E_、良好的UL性、优U的网l功能、对各种文gpȝ完备的支持和标准丰富的API。它专ؓ嵌入式系l做了许多小型化的工作，目前已支持多ƾCPU。其~译后目标文件可控制在几百KB数量U，q已l被成功地移植到很多q_上?/p>
3、Embedix
Embedix是由嵌入式Linux行业主要厂商之一Luneo推出的，是根据嵌入式应用pȝ的特炚w新设计的Linux发行版本。Embedix提供了超q?5U的Linuxpȝ服务Q包括Web服务器等。系l需要最?MB内存Q?MB ROM或快速闪存。EmbedixZLinux 2.2内核Qƈ已经成功地移植到了Intel x86和PowerPC处理器系列上。像其它的Linux版本一PEmbedix可以免费获得。Luneoq发布了另一个重要的软g产品Q它可以让在Windows CE上运行的E序能够在Embedix上运行。Luneoq将计划推出Embedix的开发调试工具包、基于图形界面的览器等。可以说QEmbedix是一U完整的嵌入式Linux解决Ҏ?/p>
4、Xlinux
XLinux是由国|虎公司推出Q主要开发者是陈盈豪。他在加盟网虎几个月后便开发出了基于XLinux的、号U是世界上最的嵌入式LinuxpȝQ内核只?43KBQ而且q在不断减小。XLinux核心采用?字元集"专利技术，让Linux核心不仅可能与标准字W集相容Q还含盖? 2个国家和地区的字W集。因此，XLinux在推qLinux的国际应用方面有独特的优ѝ?/p>
5、PoketLinux
由Agenda公司采用、作为其C?VR3PDA"的嵌入式Linux操作pȝ。它可以提供跨操作系l构造统一的、标准化的和开攄信息通信基础l构Q在此结构上实现端到端方案的完整q_。PoketLinux资源框架开放，使普通的软gl构可以为所有用h供一致的服务。PoketLinuxq_使用L视线从设备、^台和|络上移开Q由此引发了信息技术新时代的生。在PoketLinux中，UC为用户化信息交换(CIE)Q也是提供和访问ؓ每个用户需求而定制的"主题"信息的能力，而不正在用的讑֤是什么?/p>
6、MidoriLinux
由Transmeta公司推出的MidoriLinux操作pȝ代码开放，在GUN普通公p?GPL)下发布，可以在httpQ?/midori.transmeta.com上立卌得。该公司有个名ؓ"MidoriLinux计划"?MidoriLinux"q个名字来源于日本的"l色"---MidoriQ用来反映其Linux操作pȝ的环保外观?/p>
7、红旗嵌入式Linux
由北京中U院U旗软g公司推出的嵌入式Linux是国内做得较好的一Ƒֵ入式操作pȝ。目前，中科院计所自行开发的开放源码的嵌入式操作系l?--Easy Embedded OS(EEOS)也已l开始进入实用阶D了。该Ƒֵ入式操作pȝ重点支持p-Java。系l目标一斚w是小型化Q另一斚w能重用Linux的驱动和其它模块。由于有中科院计所的强大科研力量做后盾QEEOS有望发展成ؓ功能完善、稳定、可靠的国嵌入式操作系l^台?/p>
六、结束语
׃Linux是一个内核源代码开放、具备一整套工具链、有强大的网l支持及成本低廉的操作系l，因此嵌入式Linux自诞生vq承了q众多独特优势，q它正在ƈ来多地受Ch们的x。据Even Data数据昄Q期望用嵌入式Linux的用户从2001q的11Q增?002q?7Q，而同期Vxwork只是?6Q到18Q，Win CE?Q到14Q。另外，在嵌入式Linux的各U应用市ZQ通信(语音和数?名列W一Q?000q的销售额?300万美元，?005q预计将辑ֈ1.26亿美元，可以预见Q嵌入式Linux在未来的通信用嵌入式操作pȝ中占据强有力的地位?
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关键?/strong>QPCIȝ 配置I间 操作pȝ
转自Q?a >http://topdzh.byethost4.com/viewthread.php?tid=48&extra=page%3D1
PCIȝ推出以来Q以其独有的Ҏ受C多厂商的青睐Q已l成机扩展ȝ的主。目前，国内的许多技术h员已l具备开发PCIȝ接口讑֤的能 力。但是PCIȝ的编E技术，也就是对PCIȝ讑֤的操作技术，一直是一件让技术h员感到头疼的事情。PCIȝ~程的核心技术是对相应板卡配|空?的理解和讉K。一般Y件编Eh员基于对g讑֤原理的生疏，很难理解q操作配|空_希望g开发h员直接告诉他们怎样操作Q而PCIȝg开发h员虽 深刻地理解了其意义，在没有太多编E经验地前提下，也难于轻易地操作PCI板卡。结果大多是g技术h员花费大量时间和_֊d习DDK?WINDRVER{驱动程序开发Y件?br />
作者在开发PCIȝ接口讑֤Ӟl过对PCIȝ协议的深入研IӞ从协议本w的角度出发Q找CU方面而快LPCI配置I间操作ҎQ只使用单的 I/O命o卛_扑ֈ特定的PCIȝ讑֤q对其所有的配置I间q行d操作。一旦读得其配置I间的内容，卛_中得到担ȝl对该PCIȝ讑֤的资源分 配?br />
1 PCIȝ配置I间及配|机?br />
为避免各PCI讑֤在资源的占用上发生冲H，PCIȝ采用x即用协议。即在系l徏立时由操作系l按照各讑֤的要求统一分配资源Q资源分配的信息ql?写入各PCI讑֤的配|空间寄存器Qƈ在操作系l内部备份。各PCI讑֤有其独自的配|空_设计者通过对积压设备（或插槽）的ISDEL引脚的驱动区?不同讑֤的配|空间。配|空间的?4个字节称为配|空间的预定自区Q它Ҏ个设备都h相同的定义且必须被支持；共后的空间称备关联区Q由讑֤刉?商根据需要定义。与~程有关的配|空间信息主要有Q?br />
Q?Q设备号QDevice IDQ及销售商PVendor IDQ，配置I间偏移量ؓ00hQ用于对各PCI讑֤的区分和查找。ؓ了保证其唯一性，Vendor ID应当向PCI特别兴趣组QPCI SIGQ申误得到?br />
Q?QPCI基地址QPCI Base AddressQ，配置I间偏移量ؓ10?4hQ设备通过讑֮可读写的高位数值来向操作系l指C所需资源I间的大。比如，某设备需?4K字节的内?I间Q可以将配置I间的某基地址寄存器的?6位设成可d的，而将?6位置?Q只可读Q。操作系l在建立Ӟ先向所有位?Q实际上只有?6位被 接收而被|成?Q低16位仍?.q样操作pȝd该寄存器Ӟq回gؓFFFF0000hQ据此操作系l可以断定其需要的I间大小?4K字节Q然?分配一D늩闲的内存I间q向该寄存器的高16位填写其地址?br />
其它可能与编E有关的配置I间的定义及地址请参阅参考文献[1]?br />
׃PC-AT兼容pȝCPU只有内存和I/O两种I间Q没有专用的配置I间QPCI协议规定利用特定的I/OI间操作驱动PCI桥\转换成配|空间的?作。目前存在两U{换机Ӟ即配|机?#和配|机?#。配|机?#在新的设计中不再被采用Q新的设计应使用配置机制1#来生配|空间的物理?作。这U机制用了两个特定?2位I/OI间Q即CF8h和CFCh。这两个I间对应于PCI桥\的两个寄存器Q当桥\看到CPU在局部ȝ对这两个 I/OI间q行双字操作Ӟ将该I/O操作转变为PCIȝ的配|操作。寄存器CF8h用于产生配置I间的地址QCONFIG-ADDRESSQ，寄存 器CFCh用于保存配置I间的读写数据（CONFIG-DATAQ?br />
配置I间地址寄存器的格式如图1?br />
CF8HQ局部ȝQ：
当CPU发出对I/OI间CFCh的操作时QPCI桥\检查配|空间地址寄存器CF8h?1位。如果ؓ1Q就在PCIȝ上生一个相应的配置I间L写操作，其地址由PCI桥\Ҏ配置I间地址寄存器的内容作如?所C的转换?br />
CFCh (局部ȝ)Q?br />
讑֤可PCI桥\译码产生PCIȝ地址的高位地址Q它们被设计者用作IDSEL信号来区分相应的PCI讑֤?位寄存器L于寻址该PCI讑֤配置I??2个双字的配置寄存器（256字节Q。功能号用于区分多功能设备的某特定功能的配置I间Q对常用的单功能讑֤?00。某中PCI插槽的ȝ号随pȝ Q主板）的不同稍有区别，大多数PCZؓ1Q工控机可能??。ؓ了找到某讑֤Q应在系l的各个ȝ号上查找Q直到定位。如果在0?hȝ上不能发?该设备，卛_认ؓ该设备不存在?br />
理解了上qPCI协议里的配置机制后，可以直接对CF8h和CFCh两个双字的I/OI间q行操作Q查找某个PCI讑֤q访问其配置I间Q从而得到操作系l对该PCI讑֤的资源分配?br />
2 用I/O命o讉KPCIȝ配置I间
要访问PCIȝ讑֤的配|空_必须先查找该讑֤。查扄基本Ҏ是各PCI讑֤的配|空间里都存有特定的讑֤PDevice IDQ及销售商PVendor IDQ，它们占用配置I间?0h地址。而查扄目的是获得该讑֤的ȝ号和讑֤受查扄基本q程如下Q用I/O命o写配|空间的地址寄存器CF8hQ?使其最高位?Qȝ号及讑֤?Q功能号及寄存器号ؓ0Q即往I/O端口CF8h80000000hQ然后用I/O命od配置I间的数据寄存器 CFCh。如果该寄存器g该PCI讑֤的Device ID及Vendor ID不相W，则依ơ递增讑֤?ȝP重复上述操作直到扑ֈ该设备ؓ止。如果查完所有的讑֤?ȝP1?Q仍不能扑ֈ该设备，则应当考虑g上的 问题。对于多功能讑֤Q只要设备配|寄存器相应的功能号|其余步骤与单功能讑֤一栗?br />
如查找设备号?054hQ销售商号ؓ10b5的单功能PCI讑֤Q编写的E序如下Q?br />
CODE:
char bus;char device;
unsigned int ioa0,iod;
int scan( )
{
bus=0;device=0;
for(char i=0;i<5;i++) {
for(char j=0;j<32;j++) {
bus=i; device=j;
ioa0=0x80000000+bus*0x10000
+(device*8)*0x100;
_outpd(0xcf8,ioa0);
iod=_inpd(0xcfc);
if (iod0= =0x905410b5) return 0;
}
}
retrn -1
}
调用子程序scan( )Q如果返回gؓ-1Q则没有扑ֈ该PCI讑֤。如果返回gؓ0Q则扑ֈ了该PCI讑֤。该讑֤的ȝ号和讑֤号分别在全局变量bus和device中， 利用q两个变量即可轻易对该设备的配置I间q行讉KQ从而得到分配的资源信息。假设该PCI讑֤占用?个资源空_分别对应于配|空?0h?chQ?其中前两个ؓI/OI间Q后两个为内存空_若定义其基地址分别为ioaddr1,ioaddr2,memaddr1,memaddr2,相应的程序如 下：unsigned int ioa0,iod;
int scan( )
{
bus=0;device=0;
for(char i=0;i<5;i++) {
for(char j=0;j<32;j++) {
bus=i; device=j;
ioa0=0x80000000+bus*0x10000
+(device*8)*0x100;
_outpd(0xcf8,ioa0);
iod=_inpd(0xcfc);
if (iod0= =0x905410b5) return 0;
}
}
retrn -1
}
CODE:
unsigned short ioaddr1,ioaddr2;
unsigned int memaddr1,memaddr2;
unsigned int iobase,ioa;
void getbaseaddr(char bus,char device);
{
iobase=0x80000000+bus*0x10000+(device*8)*0x100;
ioa=iobase+0x10;/*d基地址寄存?*/
_outpd(0xcf8,ioa);
ioaddr1=(unsigned short)_inpd(0xcfc)&0xfffc;
/*屏蔽低两位和?6?/
ioa=iobase+0x14; /*d基地址寄存?*/
_outpd(0xcf8,ioa);
ioaddr2=(unsigned short)_inpd(0xcfc)&0xfffc;
ioa=iobase+0x18;/*d基地寄存?*/
_outpd(0xcf8,ioa);
memaddr1=_inpd(0xcfc) & 0xfffffff0;
/*屏蔽??/
ioa=iobase+0x1c; /*d基地址寄存?*/
_outpd(0xcf8,ioa);
memaddr2=_inpd(0xcfc) & 0xfffffff0;
}
对于I/O基地址Q最低两位D0、D1固定?1Q对地址本n无效Q应当被屏蔽。对PC-AT兼容机，I/O有效地址?6位，因此高位也应被屏蔽。对?内存地址Q最低位D0固定?Q而D1～D3用于指示该地址的一些物理特性[1]Q因此其?位地址应当被屏蔽。需要指出的是该内存地址是系l的物理?址Q在WINDOWSq行于保护模式时Q需要经q{换得到相应的U性地址才能对该内存I间q行直接d。介l该转换Ҏ的相x章较为常见，此处不再?q?br />unsigned int memaddr1,memaddr2;
unsigned int iobase,ioa;
void getbaseaddr(char bus,char device);
{
iobase=0x80000000+bus*0x10000+(device*8)*0x100;
ioa=iobase+0x10;/*d基地址寄存?*/
_outpd(0xcf8,ioa);
ioaddr1=(unsigned short)_inpd(0xcfc)&0xfffc;
/*屏蔽低两位和?6?/
ioa=iobase+0x14; /*d基地址寄存?*/
_outpd(0xcf8,ioa);
ioaddr2=(unsigned short)_inpd(0xcfc)&0xfffc;
ioa=iobase+0x18;/*d基地寄存?*/
_outpd(0xcf8,ioa);
memaddr1=_inpd(0xcfc) & 0xfffffff0;
/*屏蔽??/
ioa=iobase+0x1c; /*d基地址寄存?*/
_outpd(0xcf8,ioa);
memaddr2=_inpd(0xcfc) & 0xfffffff0;
}
上述E序l出了读取配|空间里的基地址的方法。另有相当多PCI讑֤通过配置I间的设备关联区来设|该讑֤的工作状态，可轻易地用I/O命oq行相应的设|，无须~写J杂的驱动程序。在开发PCI视频囑փ采集卡的q程中，该方法得C实际应用?br />
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IBM Linux 技术中心，IBM 软g实验室，印度
2001 qb? 月?br />
Bharata B. Rao 提供了在 Linux q_上用和构造 x86 内联汇编的概括性介l。他介绍了内联汇~及其各U用法的基础知识Q提供了一些基本的内联汇编~码指导Qƈ解释了在 Linux 内核中内联汇~代码的一些实例?br />如果您是 Linux 内核的开发h员，您会发现自己l常要对与体pȝ构高度相关的功能q行~码或优化代码\径。您很可能是通过汇~语a指o插入刊WC 语句的中_又称为内联汇~的一U方法）来执行这些Q务的。让我们看一下 Linux 中内联汇~的特定用法。（我们讨论限制在 IA32 汇编。）
GNU 汇编E序q?br />让我们首先看一下 Linux 中用的基本汇编E序语法。GCCQ用于 Linux 的 GNU C ~译器）使用 AT&T 汇编语法。下面列Zq种语法的一些基本规则。（该列表肯定不完整Q只包括了与内联汇编相关的那些规则。）
寄存?/b>命名
寄存?/b>名称有? 前缀。即Q如果必M用 eaxQ它应该用作 %eax。?br />
源操作数和目的操作数的顺序?br />在所有指令中Q先是源操作敎ͼ然后才是目的操作数。这与将源操作数攑֜目的操作C后的 Intel 语法不同。?br />
mov %eax, %ebx, transfers the contents of eax to ebx.
操作数大?br />Ҏ操作数是字节 (byte)、字 (word) q是长型 (long)Q指令的后缀可以是 b、w 或 l。这q不是强制性的QGCC 会尝试通过d操作数来提供相应的后~。但手工指定后缀可以改善代码的可L，q可以消除编译器猜测不正的可能性。?br />
movb %al, %bl -- Byte move
movw %ax, %bx -- Word move
movl %eax, %ebx -- Longword move
立即操作敊W?br />通过使用 Q 指定直接操作数。?br />
movl Q?xffff, %eax -- will move the value of 0xffff into eax register.
间接内存引用
M对内存的间接引用都是通过使用 (
来完成的。?br />movb (%esi), %al -- will transfer the byte in the memory
pointed by esi into al
register
内联汇编
GCC 为内联汇~提供特D结构，它具有以下格式：
GCG 的?asm" l构
asm ( assembler template
: output operands (optional)
: input operands (optional)
: list of clobbered registers
(optional)
);
本例中，汇编E序模板由汇~指令组成。输入操作数是充当指令输入操作数使用的 C 表达式。输出操作数是将对其执行汇编指o输出的 C 表达式?br />
内联汇编的重要性体现在它能够灵zL作，而且可以使其输出通过 C 变量昄出来。因为它hq种能力Q所以?asm" 可以用作汇编指o和包含它的 C E序之间的接口?br />
一个非常基本但很重要的区别在于 单内联汇~只包括指oQ而 扩展内联汇~包括操作数。要说明q一点，考虑以下CZQ?br />
内联汇编的基本要素?br />
{
int a=10, b;
asm ("movl %1, %%eax;
movl %%eax, %0;"
:"=r"(b) /* output */
:"r"(a) /* input */
:"%eax"
; /* clobbered register */}
在上例中Q我们用汇~指令 "b" 的值等于?a"。请注意以下几点Q?br />
"b" 是输出操作数Q由 %0 引用Q?a" 是输入操作数Q由 %1 引用。?br />"r" 是操作数的约束，它指定将变量 "a" 和?b" 存储?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>中。请注意Q输出操作数U束应该带有一个约束修饰符 "="Q指定它是输出操作数。?br />要在 "asm" 内?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b> %eaxQ?eax 的前面应该再加一个?Q换句话说就是?%eaxQ因为?asm" 使用 %0?1 {来标识变量。Q何带有一个? 的数都看作是输入Q输出操作数Q而不认ؓ?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>。?br />W三个冒号后的修?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b> %eax 告诉在 "asm" 中修改 GCC %eax 的|q样 GCC ׃使用?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>存储M其它的倹{?br />movl %1, %%eax ?a" 的值移刊W?eax 中， movl %%eax, %0 ?eax 的内容移刊W?b" 中。?br />因ؓ "b" 被指定成输出操作敎ͼ因此当?asm" 的执行完成后Q它反映出更新的倹{换句话_对?asm" 内?b" 所做的更改在 "asm" 外反映出来。?br />现在让我们更详细的了解每一的含义?br />
汇编E序模板
汇编E序模板是一l插入到 C E序中的汇编指oQ可以是单个指oQ也可以是一l指令）。每条指令都应该由双引号括vQ或者整l指令应该由双引h赗每条指令还应该用一个定界符l尾。有效的定界Wؓ新行 (\n) 和分号?
。?\n' 后可以跟一个 tab(\t) 作ؓ格式化符P增加 GCC 在汇~文件中生成的指令的可读性。 指令通过敊W?0?1 {来引用 C 表达式（指定为操作数Q?br />如果希望保~译器不会在 "asm" 内部优化指oQ可以在 "asm" 后用关键字 "volatile"。如果程序必M ANSI C 兼容Q则应该使用 __asm__ 和 __volatile__Q而不是 asm 和 volatile?br />
操作?br />C 表达式用作?asm" 内的汇编指o操作数。在汇编指o通过对 C E序的 C 表达式进行操作来执行有意义的作业的情况下Q操作数是内联汇~的主要Ҏ?br />
每个操作数都由操作数U束字符串指定，后面跟用括弧括v的 C 表达式，例如Q?constraint" (C expression)。操作数U束的主要功能是定操作数的d方式?br />
可以在输入和输出部分中同时用多个操作数。每个操作数由逗号分隔开?br />
在汇~程序模板内部，操作数由数字引用。如果d有 n 个操作数Q包括输入和输出Q，那么W一个输出操作数的编号ؓ 0Q逐项递增Q最后那个输入操作数的编号ؓ n -1。L作数的数目限制在 10Q如果机器描qCM指o模式中的最大操作数数目大于 10Q则使用后者作为限制。?br />
修饰寄存?/b>列表
如果 "asm" 中的指o指的是硬?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>Q可以告诉 GCC 我们自׃用和修改它们。这PGCC ׃会假讑֮装入到这?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>中的值是有效倹{通常不需要将输入和输?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>列ؓ clobberedQ因为 GCC 知道 "asm" 使用它们Q因为它们被明确指定为约束）。不q，如果指o使用M其它?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>Q无论是明确的还是隐含的Q?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>不在输入U束列表中出玎ͼ也不在输出约束列表中出现Q，寄存?/b>都必被指定Z饰列表。修?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>列在W三个冒号之后，其名U被指定为字W串?br />
至于关键字，如果指o以某些不可预知且不明的方式修改了内存，则可能将 "memory" 关键字添加到修饰寄存?/b>列表中。这样就告诉 GCC 不要在不同指令之间将内存值高速缓存在寄存?/b>中?br />
操作数约?br />前面提到q，"asm" 中的每个操作数都应该由操作数U束字符串描qͼ后面跟用括弧括v的 C 表达式。操作数U束主要是确定指令中操作数的d方式。约束也可以指定Q?br />
是否允许操作C?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>中，以及它可以包括在哪些U类?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>中?br />操作数是否可以是内存引用Q以及在q种情况下用哪些种cȝ地址
操作数是否可以是立即敊W?br />U束q要求两个操作数匚w?br />
常用U束
在可用的操作数约束中Q只有一部分是常用的；下面列出了这些约束以及简要描q。有x作数U束的完整列表，请参考 GCC 和 GAS 手册?br />
寄存?/b>操作数约束?r)
使用q种U束指定操作数时Q它们存储在通用寄存?/b>中。请看下例：
asm ("movl %%cr3, %0\n" :"=r"(cr3val));
q里Q变量 cr3val 保存?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>中，%cr3 的值复制到寄存?/b>上，cr3val 的g?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>更新到内存中。指定?r" U束ӞGCC 可以变量 cr3val 保存在Q何可用的 GPR 中。要指定寄存?/b>Q必通过使用特定?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>U束直接指定寄存?/b>名?br />
a %eax
b %ebx
c %ecx
d %edx
S %esi
D %edi
内存操作数约束?m)
当操作数位于内存中时QQ何对它们执行的操作都在内存位置中直接发生，q与寄存?/b>U束正好相反Q后者先值存储在要修改的寄存?/b>中，然后它写回内存位置中。但寄存?/b>U束通常只在对于指o来说它们是绝对必需的，或者它们可以大大提高进E速度时用。当需要在 "asm" 内部更新 C 变量Q而您又确实不希望使用寄存?/b>来保存其值时Q用内存约束最为有效。例如，idtr 的值存储在内存位置 loc 中：
("sidt %0\n" : :"m"(loc));
匚wQ数字）U束
在某些情况下Q一个变量既要充当输入操作数Q也要充当输出操作数。可以通过使用匚wU束在?asm" 中指定这U情c?br />
asm ("incl %0" :"=a"(var):"0"(var));
在匹配约束的CZ中，寄存?/b> %eax 既用作输入变量，也用作输出变量。将 var 输入d刊W?eaxQ增加后更新的 %eax 再次存储在 var 中。这里的 "0" 指定W? 个输出变量相同的U束。即Q它指定 var 的输出实例只应该存储在?eax 中。该U束可以用于以下情况Q?br />
输入从变量中dQ或者变量被修改后，修改写回到同一变量中?br />不需要将输入操作数和输出操作数的实例分开
使用匚wU束最重要的意义在于它们可以导致有效地使用可用寄存?/b>?br />
一般内联汇~用法示?br />以下CZ通过各种不同的操作数U束说明了用法。有如此多的U束以至于无法将它们一一列出Q这里只列出了最l常使用的那些约束类型?br />
"asm" ?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>U束 "r" 让我们先看一下?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>U束 r 的?asm"。我们的CZ昄了 GCC 如何分配寄存?/b>Q以及它如何更新输出变量的倹{?br />
int main(void)
{
int x = 10, y;
asm ("movl %1, %%eax;
"movl %%eax, %0;"
:"=r"(y) /* y is output operand */
:"r"(x) /* x is input operand */
:"%eax"
; /* %eax is clobbered register */}
在该例中Qx 的值复制ؓ "asm" 中的 y。x 和 y 都通过存储?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>中传递给 "asm"。ؓ该例生成的汇~代码如下：
main:
pushl %ebp
movl %esp,%ebp
subl Q?,%esp
movl Q?0,-4(%ebp)
movl -4(%ebp),%edx /* x=10 is stored in %edx */
#APP /* asm starts here */
movl %edx, %eax /* x is moved to %eax */
movl %eax, %edx /* y is allocated in edx and updated */
#NO_APP /* asm ends here */
movl %edx,-8(%ebp) /* value of y in stack is updated with
the value in %edx */
当用?r" U束ӞGCC 在这里可以自由分配Q?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>。在我们的示例中Q它选择 %edx 来存储 x。在d了?edx 中 x 的值后Q它为 y 也分配了相同?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>?br />
因ؓ y 是在输出操作数部分中指定的，所以?edx 中更新的值存储在 -8(%ebp)Q堆栈上 y 的位|中。如果 y 是在输入部分中指定的Q那么即使它在 y 的?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>存储值?%edx) 中被更新Q堆栈上 y 的g不会更新?br />
因ؓ %eax 是在修饰列表中指定的QGCC 不在M其它地方使用它来存储数据?br />
输入 x 和输出 y 都分配在同一个?edx 寄存?/b>中，假设输入在输Z生之前被消耗。请注意Q如果您有许多指令，׃是这U情况了。要保输入和输出分配到不同?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>中，可以指定 & U束修饰W。下面是d了约束修饰符的示例?br />
int main(void)
{
int x = 10, y;
asm ("movl %1, %%eax;
"movl %%eax, %0;"
:"=&r"(y) /* y is output operand, note the
& constraint modifier. */
:"r"(x) /* x is input operand */
:"%eax"
; /* %eax is clobbered register */}
以下是ؓ该示例生成的汇编代码Q从中可以明昑֜看出 x 和 y 存储在?asm" 中不同的寄存?/b>中?br />
main:
pushl %ebp
movl %esp,%ebp
subl Q?,%esp
movl Q?0,-4(%ebp)
movl -4(%ebp),%ecx /* x, the input is in %ecx */
#APP
movl %ecx, %eax
movl %eax, %edx /* y, the output is in %edx */
#NO_APP
movl %edx,-8(%ebp)
特定寄存?/b>U束的?br />现在让我们看一下如何将个别寄存?/b>作ؓ操作数的U束指定。在下面的示例中Qcpuid 指o采用 %eax 寄存?/b>中的输入Q然后在四个寄存?/b>中给出：%eax?ebx?ecx?edx。对 cpuid 的输入（变量 "op"Q传递到 "asm" 的 eax 寄存?/b>中，因ؓ cpuid 希望它这样做。在输出中用 a、b、c 和 d U束Q分别收集四?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>中的倹{?br />
asm ("cpuid"
: "=a" (_eax),
"=b" (_ebx),
"=c" (_ecx),
"=d" (_edx)
: "a" (op));
在下面可以看Cؓ它生成的汇编代码Q假设 _eax、_ebx {?.. 变量都存储在堆栈上）Q?br />
movl -20(%ebp),%eax /* store 'op' in %eax -- input */
#APP
cpuid
#NO_APP
movl %eax,-4(%ebp) /* store %eax in _eax -- output */
movl %ebx,-8(%ebp) /* store other registers in
movl %ecx,-12(%ebp)
respective output variables */
movl %edx,-16(%ebp)
strcpy 函数可以通过以下方式使用 "S" 和?D" U束来实玎ͼ
asm ("cld\n
rep\n
movsb"
: /* no input */
:"S"(src), "D"(dst), "c"(count));
通过使用 "S" U束源指针 src 攑օ %esi 中，使用 "D" U束目的指针 dst 攑օ %edi 中。因为 rep 前缀需要 count |所以将它放入?ecx 中?br />
在下面可以看到另一个约束，它用两?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b> %eax 和?edx 两个?2 位的值合q在一P然后生成一?4 位的|
#define rdtscll(val) \
__asm__ __volatile__ ("rdtsc" : "=A" (val))
The generated assembly looks like this (if val has a 64 bit memory space).
#APP
rdtsc
#NO_APP
movl %eax,-8(%ebp) /* As a result of A constraint
movl %edx,-4(%ebp)
%eax and %edx serve as outputs */
Note here that the values in %edx:%eax serve as 64 bit output.
使用匚wU束
在下面将看到pȝ调用的代码，它有四个参数Q?br />
#define _syscall4(type,name,type1,arg1,type2,arg2,type3,arg3,type4,arg4) \
type name (type1 arg1, type2 arg2, type3 arg3, type4 arg4) \
{ \
long __res; \
__asm__ volatile ("int Q?x80" \
: "=a" (__res) \
: "0" (__NR_##name),"b" ((long)(arg1)),"c" ((long)(arg2)), \
"d" ((long)(arg3)),"S" ((long)(arg4))); \
__syscall_return(type,__res); \
}
在上例中Q通过使用 b、c、d 和 S U束系l调用的四个自变量放入?ebx?ecx?edx 和?esi 中。请注意Q在输出中用了 "=a" U束Q这P位于 %eax 中的pȝ调用的返回值就被放入变量 __res 中。通过匹配约束?0" 用作输入部分中第一个操作数U束Qsyscall 号 __NR_##name 被放入?eax 中，q用作对pȝ调用的输入。这Pq里的?eax 既可以用作输?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>Q又可以用作输出寄存?/b>。没有其?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>用于q个目的。另h意，输入Qsyscall P在生输出（syscall 的返回|之前被消耗（使用Q?br />
内存操作数约束的使用
误虑下面的原子递减操作Q?br />
__asm__ __volatile__(
"lock; decl %0"
:"=m" (counter)
:"m" (counter));
为它生成的汇~类gQ?br />
#APP
lock
decl -24(%ebp) /* counter is modified on its memory location */
#NO_APP.
您可能考虑在这里ؓ counter 使用寄存?/b>U束。如果这样做Qcounter 的值必d复制?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>Q递减Q然后对其内存更新。但q样您会无法理解锁定和原子性的全部意图Q这些明显CZ使用内存U束的必要性?br />
使用修饰寄存?/b>
误虑内存拯的基本实现?br />
asm ("movl Qcount, %%ecx;
up: lodsl;
stosl;
loop up;"
: /* no output */
:"S"(src), "D"(dst) /* input */
:"%ecx", "%eax"
; /* clobbered list */ 当 lodsl 修改 %eax Ӟlodsl 和 stosl 指o隐含C用它?ecx 寄存?/b>明确装入 count。但 GCC 在我们通知它以前是不知道这些的Q我们是通过?eax 和?ecx 包括在修?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>集中来通知 GCC 的。在完成q一步之前，GCC 假设 %eax 和?ecx 是自qQ它可能军_它们用作存储其它的数据。请注意Q?esi 和?edi 由?asm" 使用Q它们不在修饰列表中。这是因为已l声明?asm" 在输入操作数列表中使用它们。这里最低限度是Q如果在 "asm" 内部使用寄存?/b>Q无论是明确q是隐含圎ͼQ既不出现在输入操作数列表中Q也不出现在输出操作数列表中Q必d它列Z?b style="COLOR: black; BACKGROUND-COLOR: #ffff66">寄存?/b>?br />
l束?br />ȝ来说Q内联汇~非常巨大，它提供的许多Ҏ我们甚臛_q里Ҏ没有涉及到。但如果掌握了本文描q的基本材料Q您应该可以开始对自己的内联汇~进行编码了?br />
参考资料?br />
您可以参阅本文在 developerWorks 全球站点上的 英文原文.
请参考 Using and Porting the GNU Compiler Collection (GCC)手册。?br />
请参考 GNU Assembler (GAS)手册。?br />
仔细阅读 Brennan's Guide to Inline Assembly。?br />
关于作?br />Bharata B. Rao 拥有印度 Mysore 大学的电子和通信工程的学士学位。他从?999 q就开始ؓ IBM Global Services, India 工作了。他是 IBM Linux 技术中心的成员之一Q他在该中心中主要从事 Linux RASQ可靠性、可用性和适用性）的研I。他感兴的其它领域包括操作pȝ本质和处理器体系l构。可以通过 rbharata@in.ibm.com 与他联系。 ?br />
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