Linuxカーネル2.1シングルカーネルお​​よびマイクロカーネルアプリケーションシステムの分析と応用

＃＃＃目次＃＃＃

1. アプリケーション システムの 2 つの形式 1.1 オペレーティング システムを使用しないアプリケーション システム

単純な SOC アプリケーション (ほとんどの単純な機能のマイクロコントローラー アプリケーションなど) では、システム内でオペレーティング システムを使用する必要はありません。このとき、アプリケーションは、下に示すように、対応するドライバーを直接呼び出して基礎となるハードウェアを操作します。図： ＃＃＃

このような構成により、アプリケーションソフトウェアはデバイスドライバを直接呼び出してハードウェアを動作させます。利点は、シンプル、直接的、効率的であることです。小規模でシンプルなシステムに適しています。複雑なシステムや、さまざまな機能でハードウェア リソースを共有する必要があるアプリケーション システムの場合、この方法は明らかに適していません。

1.2. オペレーティング システムを使用したアプリケーション システム

複雑なアプリケーション システムの場合、ハードウェアやその他のリソースを機能モジュール間で共有する必要があるアプリケーション シナリオでは、オペレーティング システムをアプリケーション システムに追加する必要があります。この目的のためのアプリケーション システムは右のとおりです。

図に示すように、Hongqi Linux 公式 Web サイトのオペレーティング システムを使用すると、アプリケーションは特定のハードウェアの詳細に関係なく、オペレーティング システム API の統一ソケットを使用できるため、大規模な標準化された開発に役立ち、開発効率が向上します。

ドライバーはまた、オペレーティング システムによって提供される標準デバイス ソケットを下位で使用し、異なるハードウェアを上位で操作します。これにより、オペレーティング システム層がハードウェアの詳細から保護されます。したがって、オペレーティング システムはより安定して効率的であるように見えます。

2. Linux カーネル 2.1 の単一カーネルとマイクロカーネル

現在、オペレーティング システムには 2 つの典型的なカーネル実装モードがあります。

Linux は、別のアドレス空間で実行される単一カーネルの Linux 学習です。しかし、Linux はマイクロカーネルの改良を吸収し、モジュール設計、プリエンプティブ カーネル、カーネル スレッドのサポート、マイクロカーネルが持つカーネル モジュールを動的にロードする機能を備えています。同時に、Linux はマイクロカーネルの設計上の欠陥も防ぎます

組み込み Linux アドバンスト ドライバー チュートリアル

Linux では、すべてのモジュールがカーネル状態で実行され、マイクロカーネルのようなメッセージ パッシングを使用せずに関数を直接呼び出すことができます。

2.2Linux カーネル構成

図に示すように、Linux カーネルは主に 5 つの部分で構成されます。

2.3 プロセスのスケジューリング

プロセス スケジューリングはシステムの中心にあり、システムの他の部分はそれに依存します。 Linux プロセスには合計 6 つの状態があり、プロセスはライフサイクル全体を通じてこれらの状態を切り替えることができます。

2.4 ビデオメモリ管理

ビデオ メモリ管理の主な機能は、複数のプロセスの安全な共有メイン ビデオ メモリ ドメインを制御することです。 32 ビット プロセッサ上の各 Linux プロセスは 4G 空間を利用しており、通常、0 ～ 3G はユーザー空間に属し、3G ～ 4G はカーネル空間に属します。右図のように

2.5 仮想ファイル システム

Linux 仮想ファイル システムは、さまざまな種類のハードウェアの特定の詳細を隠し、すべてのデバイスに統一されたソケットを提供します。これは、それぞれの特定のファイル システムを具体的に表現したものです。

図に示すように、仮想ファイル システムは、基礎となるアプリケーション プログラムに統合呼び出しソケットを提供します。このソケットは、特定の基礎となるファイル システムまたはデバイス ドライバーに実装された file_operations 構造体のメンバー関数を呼び出す役割を果たします。

2.6 ネットワークソケット

ネットワーク ソケットは、さまざまなネットワーク標準へのアクセスと、さまざまなネットワーク ハードウェアのサポートを提供します。 Linux ネットワーク ソケットは

に分割されています

2.7 プロセス間通信

プロセス間通信は、セマフォ、共有メモリ、メッセージ キュー、パイプ、UNIX ドメイン ソケットなどを含むプロセス間の通信を担当します。

3. カーネル空間とユーザー空間

最新の CPU は、内部的にさまざまな動作モードを区別して、さまざまなレベルと権限の操作を区別します。

たとえば、ARM の 8 つの動作モード:

ARM 環境では、Linux システムは CPU のハードウェア特性を最大限に活用して、ユーザー (usr) モードと管理モード (svc) の 2 レベルの動作モードを実装します。これに対応して、Linux システムには 2 種類のスペースがあります:

3.1 補足:ソフト割り込みについて

qquadこれは ARM の異常な動作モードのチャートです

通常の実行中、ARM はユーザー モードですが、CPU が swi 命令を実行すると、手動でシステム モード (SVCmode) に入り、例外ベクタ テーブルにジャンプします。 swi に応答するには、ベクタテーブルを通じて対応する関数にジャンプします。

ここでのSVCモードとはSupervisorCallの略で、英語ではスーパーバイザーコールです。

4. Linux デバイス ドライバー 4.1 Linux システムにおけるデバイスの分類

Linux システムは、周辺ハードウェアを 3 つの主要なカテゴリに分類します:

4.2Linuxドライバー関連システム

図に示すように、キャラクター デバイスとブロック デバイスは、Linux ファイル システムのファイルとディレクトリにマップされます。

アプリケーションは、ソケットを介してネットワーク デバイスにアクセスできます。組み込み Linux アドバンスト ドライバー チュートリアル。キャラクタ デバイスとブロック デバイスにアクセスするには、2 つの方法を使用します。

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