地使用、修改、和擴展它。正是由於這壹特色，Linux受到越來越多人士的青睞。於是，
壹個經常會被探討的問題出現了，即關於Linux系統的移植。對於操作系統而言，這種移
植通常是跨平臺的、與硬件相關的，即硬件系統結構、甚至CPU不同。下面就讓我們來看
看在Linux系統移植方面，我們都需要做些什麽。
壹、Linux系統移植的兩大部分
對於系統移植而言，Linux系統實際上由兩個比較獨立的部分組成，即內核部分和系
統部分。通常啟動壹個Linux系統的過程是這樣的：壹個不隸屬於任何操作系統的加載程
序將Linux部分內核調入內存，並將控制權交給內存中Linux內核的第壹行代碼。加載程
序的工作就完了，此後Linux要將自己的剩余部分全部加載到內存（如果有的話，視硬件
平臺的不同而不同），初始化所有的設備，在內存中建立好所需的數據結構（有關進程
、設備、內存等）。到此為止Linux內核的工作告壹段落，內核已經控制了所有硬件設備
。至於操作和使用這些硬件設備，則輪到系統部分上場了。內核加載根設備並啟動init
守護進程，init守護進程會根據配置文件加載文件系統、配置網絡、服務進程、終端等
。壹旦終端初始化完畢，我們就會看到系統的歡迎界面了。小結壹下：
(1)內核部分初始化和控制所有硬件設備（嚴格說不是所有，而是絕大部分），為內存
管理、進程管理、設備讀寫等工作做好壹切準備。
(2)系統部分加載必需的設備，配置各種環境以便用戶可以使用整個系統。
二、系統移植所必需的環境
在進壹步敘述之前，我們有必要提壹下做系統移植所必需的環境。
首先，需要壹個新版本的gcc。對於壹個準備系統移植的程序員而言，“新”到什麽
程度應該心裏有數。做跨平臺編譯，gcc也許是最好的選擇。另外，Linux內核依賴許多
gcc特有的特性，非它不可。如果妳已經會使用gcc並實地操練過多回，那妳只需要再進
壹步鞏固壹下跨平臺編譯的操作即可。兩種編譯環境是可用的：非目標平臺上的Linux或
目標平臺上的非Linux系統，除非妳的開發平臺過於特殊，否則妳壹定能夠找到妳能用的
gcc。
其次，編譯鏈接庫是必需的，而且必須是目標平臺的編譯鏈接庫。通常這是壹個枯
燥、繁瑣、又絲毫沒有成就感的過程。幸運的話，會有現成的鏈接庫可以用。否則，妳
需要自己用gcc建立它。
最後，需要目標平臺的所有文檔，越多越好。如果有壹定的開發支持/仿真環境，L
oader（加載程序）則最好，這些可以幫助妳減少移植過程中浪費在瑣事上的時間。
三、Linux系統移植
接下來我們從內核和系統兩個方面描述壹下移植中的關鍵。
(1) 內存移植
Linux系統采用了相對來說並不是很靈活的單壹內核機制，但這絲毫沒有影響Linux
系統的平臺無關性和可擴展性。Linux使用了兩種途徑分別解決這些問題，很幹凈利落，
絲毫不拖泥帶水，而且十分清晰易懂。分離硬件相關代碼和硬件無關代碼，使上層代碼
永遠不必關心低層換用了什麽代碼，如何完成了操作。不論對x86上還是在Alpha平臺上
分配壹塊內存，對上層代碼而言沒什麽不同。硬件相關部分的代碼不多，占總代碼量的
很少壹部分。所以對更換硬件平臺來說，沒有什麽真正的負擔。另壹方面，Linux使用內
核機制很好地解決了擴展的問題，壹堆代碼可以在需要的時候輕松地加載或卸下，象隨
身聽，需要的時候帶上，不需要時則鎖在抽屜裏。
Linux內核可以視為由五個功能部分組成：進程管理（包括調度和通信）、內存管理
、設備管理、虛擬文件系統、網絡。它們之間有著復雜的調用關系，但幸運的是，在移
植中不會觸及到太多，因為Linux內核良好的分層結構將硬件相關的代碼獨立出來。何謂
硬件相關，何謂無關？以進程管理為例，對進程的時間片輪轉調度算法在所有平臺的Li
nux中都是壹樣的，它是與平臺無關的；而用來在進程中切換的實現在不同的CPU上是不
同的，因此需要針對該平臺編寫代碼，這就是平臺相關的。上面所講的五個部分的順序
不是隨便排的，從前到後分別代表著它們與硬件設備的相關程度。越靠前越高，後面的
兩個虛擬文件系統和網絡則幾乎與平臺無關，它們由設備管理中所支持的驅動程序提供
底層支持。因此，在做系統移植的時候，需要改動的就是進程管理、內存管理和設備管
理中被獨立出來的那部分即硬件相關部分的代碼。在Linux代碼樹下，這部分代碼全部在
arch目錄下。
如果妳的目標平臺已經被Linux核心所支持的話，那麽妳是幸運的，因為已經沒有太
多的工作讓妳去做。只要妳的交叉編譯環境是正確的，妳只需要簡單的配置、編譯就可
以得到目標代碼。否則，需要妳去編寫，或修改壹些代碼。只需修改平臺相關部分的代
碼即可。但需要對目標平臺，主要是對CPU的透徹理解。在Linux的代碼樹下，可以看到
，這部分的典型代碼量為：2萬行左右C代碼和2千行左右的匯編（C代碼中通常包含許多
偽匯編指令，因此實際上純C代碼要少很多），這部分工作量是不可小看的。它包含了對
絕大多數硬件的底層操作，涉及IRQ、內存頁表、快表、浮點處理、時鐘、多處理器同步
等問題，頻繁的端口編程意味著需要妳將目標平臺的文檔用C語言重寫壹遍。這就是為什
麽說目標平臺的文檔極其重要。
代碼量最大的部分是被核心直接調用的底層支持部分，這部分代碼在arch/xxx/ker
nel下(xxx是平臺名稱)。這些代碼重寫了內核所需調用的所有函數。因為接口函數是固
定的，所以這裏更象是為硬件平臺編寫API。不同的系統平臺，主要有以下幾方面的不同
進程管理底層代碼：從硬件系統的角度來看，進程管理就是CPU的管理。在不同的硬
件平臺上，這有很大的不同。CPU中用的寄存器結構不同，上下文切換的方式、現場的保
存和恢復、棧的處理都不同，這些內容主要由CPU開發手冊所描述。通常來說，CPU的所
有功能和狀態對於Linux不壹定有意義。實現時，需要在最小的開發代價和最好的系統性
能之間加以權衡。
* BIOS接口代碼：這壹名稱似乎並不太準確，因為它沿用了PC壹貫的叫法。但在不致引
起混淆的情況下我們還是這麽叫它。在通用平臺上，通常有基本輸入輸出系統供操作系
統使用，在PC上是BIOS，在SPARC上是PROM，在很多非通用系統上甚至並沒有這樣的東西
。多數情況下，Linux不依賴基本輸入輸出系統，但在某些系統裏，Linux需要通過基本
輸入輸出系統中得到重要的設備參數。移植中，這部分代碼通常需要完全改寫。
* 時鐘、中斷等板上設備支持代碼：即使在同壹種CPU的平臺上，也會存在不同的板上外
設，異種CPU平臺上更是如此。不同的系統組態需要不同的初始化代碼。很典型的例子就
是MIPS平臺，看看arc/mips/的代碼，與其它系統比較壹下就知道。因為MIPS平臺被OEM
得最廣，在嵌入式領域應用最多（相對其它幾種CPU而言）。甚至同壹種MIPS芯片被不同
廠家封裝再配上不同的芯片組。因此要為這些不同的MIPS平臺分別編寫不同的代碼。
* 特殊結構代碼：如多處理器支持等。其實每壹種CPU都是十分特殊的，熟悉x86平臺的
人都知道x86系列CPU著名的實模式與虛模式的區別，而在SPARC平臺上根本就沒有這個概
念。這就導致了很大的不同：PC機上的Linux在獲得控制權後不久就開始切換到虛模式，
SPARC機器上則沒有這段代碼。又如電源管理的支持更是多種多樣，不同的CPU有著不同
的實現方式（特殊的電源管理方式甚至被廠商標榜）。在這種情況下，除非放棄對電源
管理的支持，否則必須重寫代碼。
還有壹部分代碼量不多，但不能忽視的部分是在arch/xxx/mm/下的內存管理部分。
所有與平臺相關的內存管理代碼全部在這裏。這部分代碼完成內存的初始化和各種與內
存管理相關的數據結構的建立。Linux使用了基於頁式管理的虛擬存儲技術，而CPU發展
的趨勢是：為了提高性能，實現內存管理的功能單元統統被集成到CPU中。因此內存管理
成為壹個與CPU十分相關的工作。同時內存管理的效率也是最影響系統性能的因素之壹。
內存可以說是計算機系統中最頻繁訪問的設備，如果每次內存訪問時多占用壹個時鐘周
期，那就有可能將系統性能降低到不可忍受。在Linux系統裏，不同平臺上的內存管理代
碼的差異程度是令人吃驚的，可以說是差異最大的。不同的CPU有不同的內存管理方式，
同壹種CPU還會有不同的內存管理模式。Linux是從32位硬件平臺上發展起來的操作系統
，但是現在已經有數種64位平臺出現。在64位平臺上，可用內存範圍增大到原來的232倍
，其間差異可略窺壹斑了。鑒於這部分代碼的重要性和復雜性，移植工作在這裏變得相
當謹慎。有些平臺上甚至只是用最保守的內存管理模式。如在SPARC平臺上的頁面大小可
以是多種尺寸，為了簡單和可靠起見，SPARC版的Linux只是用了8K頁面這壹種模式。這
壹狀況直到2.4版才得以改善。
除了上面所講的之外，還有壹些代碼需要考慮，但相對來說次要壹些。如浮點運算
的支持。較完美的做法是對FPU編程，由硬件完成浮點運算。但在某些時候，浮點並不重
要，甚至CPU根本就不支持浮點。這時候就可以根據需求來取舍。
對於內核移植的討論到此為止。實際上，還有壹些移植工作需要同時考慮，但很難
說這是屬於內核範疇還是屬於驅動程序範疇，比如說顯示設備的支持，和內核十分相關
，但在邏輯上又不屬於內核，並且在移植上也更像是驅動程序的開發。因此不在這裏討
論。
(2)系統移植
當內核移植完畢後，可以說所有的移植工作就已經完成大半了。就是說，當內核在
交叉編譯成功後，加載到目標平臺上正常啟動，並出現類似VFS: Can抰 mount root fi
le system的提示時，則表示可以開始系統移植方面的工作了。系統移植實際上是壹個最
小系統的重建過程。許多Linux愛好者有過建立Linux系統應急盤的經驗，與其不同的是
，妳需要使用目標平臺上的二進制代碼生成這個最小系統。包括：init、libc庫、驅動
模塊、必需的應用程序和系統配置腳本。壹旦這些工作完成，移植工作就進入聯調階段
了。
壹個比較容易的系統部分移植辦法是：先著手建立開發平臺上的最小系統，保證這
套最小系統在開發平臺上正確運行。這樣可以避免由於最小系統本身的邏輯錯誤而帶來
的麻煩。由於最小系統中是多個應用程序相互配合工作，有時出現的問題不在代碼本身
而在系統的邏輯結構上。
Linux系統移植工作至少要包括上述的內容，除此之外，有壹些看不見的開發工作也
是不可忽視的，如某個特殊設備的驅動程序，為調試內核而做的遠程調試工作等。另外
，同樣的壹次移植工作，顯然符合最小功能集的移植和完美移植是不壹樣的；向16位移
植和向64位移植也是不壹樣的。
在移植中通常會遇見的問題是試運行時鎖死或崩潰，在系統部分移植時要好辦些，
因為可以容易地定位錯誤根源，而在核心移植時確實很讓人頭疼。雖然可以通過串口對
運行著的內核進行調試，但是在多任務情況下，有很多現象是不可重現的。又如，在初
始化的開始，很多設備還沒法確定狀態，甚至串口還沒有初始化。對於這種情況沒有什
麽很好的解決辦法，好的開發/仿真平臺很重要，另外要多增加反映系統運行狀態的調試
代碼；再者要吃透硬件平臺的文檔。硬件平臺廠商的專業支持也是很重要的。
還有壹點很重要：Linux本身是基於GPL的操作系統，移植時，可以充分發揮GPL的優
勢，讓更多的愛好者參與進來，向***同的目標前進。