Linux暴風雨般地占領了嵌入式系統市場。根據工業分析家分析，大約1/3到1/2的新的32位和64位嵌入式系統設計采用了Linux。嵌入式Linux已經在很多應用領域顯示出優勢，比如SOHO家庭網絡和成像/多功能外設，并在以下幾方面具備巨大的跨越式發展前景：(NAS/SAN)存儲，家庭數字娛樂(HDTV/PVR/DVR/STB)和手持設備/無線設備，特別是數字移動電話。
新的嵌入式Linux應用不會象掌握在智慧和工藝之神-羅神手中那樣，會突然從開發者的頭腦中爆發出來。大量的項目必須采用數千行的，甚至數百萬行的過去的現成代碼。成百上千的嵌入式項目已經成功地將其它平臺的現成代碼移植到Linux之上，比如WindRiverVxWorks和pSOS，VRTX，Nucleus和其它RTOS，這些移植工作現在仍然有價值和現實意義。
到目前為止，大多數的關于移植舊的RTOS應用到嵌入式Linux的文獻，已經在關注RTOS接口（API），任務，調度模式和怎樣將他們映射到相應的用戶空間去。在嵌入式程序的密集I/O空間中，同樣重要的是，將RTOS的應用硬件接口代碼向具有更加規范化模式的Linux設備啟動程序的移植。
本文將縱覽幾種常用的內存映射I/O方法，它們經常出現于舊的嵌入式應用中。它們涵蓋的范圍，包括從對中斷服務例程的特殊使用和用戶線程對硬件訪問，到出現于有些ROTS中的半規范化驅動程序模型。它對于移植RTOS代碼到規范化模式的Linux設備啟動程序具有啟發性，并且介紹了一些方法。特別地，本文會重點討論和比較RTOS代碼中的內存映射，Linux基于I/O調度隊列的移植，和重新定義RTOSI/O，以便在本地Linux驅動程序和守護進程里應用。
RTOSI/O概念
“不規范”是能夠描述大多數在基于RTOS系統里的I/O的最佳詞語。大多數RTOS針對較早的無MMU的CPU而設計，忽略了內存管理，即使當MMU問世也是這樣，不區分物理地址和邏輯地址。大多數RTOS還全部在特權態（系統模式）運行，表面上看增強了性能。像這樣，全部的RTOS應用和系統代碼都能夠訪問整個機器地址空間，內存映射設備和I/O指令。實際上，將RTOS應用程序代碼同驅動程序代碼區分開非常困難，即使它們是有差別的。
這個不規范的結構導致了I/O的特殊實現。在很多情況下，完全缺乏對一種設備驅動程序模型的認同。根據這種工作的平等和沒有分層的特性，回顧在基于RTOS軟件中使用的一些重要概念和實踐非常有指導意義。
在線內存映射訪問
當在上個世紀八十年代中期商業化的RTOS產品可以買到的時候，大多數嵌入式軟件包含巨大的主循環，主循環帶有針對嚴格時間操作的注冊I/O和中斷服務例程。開發人員將RTOS和執行程序設計進他們的項目，主要為了加強同時性和幫助多任務同步，但是避開其它任何有“妨礙“的構造。同樣地，即使一個RTOS提供了I/O調用形式方法，嵌入式程序員繼續使用直接的I/O操作：
#defineDATA_REGISTER0xF00000F5
chargetchar(void){
return(*((char*)DATA_REGISTER));/*readfromport*/
}
voidputchar(charc){
*((char*)DATA_REGISTER)=c;/*writetoport*/
}
多數受過訓練的開發者常常將這樣的直接I/O代碼從硬件代碼獨立分離開。但是我還曾遇見大量的意大利面條式的I/O處理代碼。
當普遍深入使用直接內存映射I/O的時候，對Linux開始接觸的嵌入式開發人員總是面臨將所有的這類代碼移植到用戶空間，將定義寄存器地址的#define語句轉換成mmap()調用。這種處理方法對于一些種類的原型很好，但是不能支持中斷處理，限制了實時響應，特別不安全，不適合作為商業發布。
RTOS中斷服務例程
在Linux中，中斷服務專屬于內核的范圍。在一個RTOS中，中斷服務例程代碼是自由形態而且與應用程序代碼沒有區別（不外乎返回序列）。很多RTOS提供系統調用或者宏，來讓代碼自己檢測它自己的切換點（比如WindRiverVxWorks的intContext()）。中斷服務例程通常也使用標準的庫函數，伴隨著可重入性和可移植性問題。大多數RTOS支持注冊中斷服務例程代碼，中斷仲裁句柄和中斷服務例程調度。一些非常原始的嵌入式執行程序，僅僅支持在硬件矢量表里插入中斷服務例程的開始地址。即使你試圖直接在用戶程序空間執行讀和寫的操作，你不得不將你的Linux中斷服務例程放入內核程序空間。
RTOSI/O子系統
大多數RTOS會提供一個定制的標準C運行庫(比如pSOS的pREPC)，或者可以從獨立軟件開發商的編譯器中選擇打補丁的C庫(libc)同樣可以得到glibc。這樣，在最小化情況下，多數的RTOS支持標準C類型I/O的一個子集(open/close/read/write/ioctl)。大多數情況下，這些調用和從他們衍生出來的調用可以轉化為圍繞基本I/O的非常薄的封裝程序。有趣的是，因為大多數的？RTOS不支持文件系統，這些平臺不提供針對flash和旋轉媒質的抽象文件存儲，常常使用完全不同的代碼和/或者不同的應用程序接口(API)(比如pSOS的pHILE)。
WindRiverVxWorks在這方面比其它多數RTOS平臺做的較好些，提供功能豐富的I/O子集，主要克服了網絡接口/多媒體接口里的集成和廣泛化障礙。
延時處理
很多RTOS也支持一種叫”下半部“("bottomhalf")的機制，它針對可中斷和/或者可搶占切換的I/O延時處理方法。其他RTOS沒有這樣的機制，但是替代地提供類似中斷嵌套的機制來獲得同樣的效果。
典型RTOS應用I/O架構
下面描述一個典型的I/O配置(僅僅輸入)和它向主要應用程序傳遞數據的路徑處理過程依次如下：
*一個硬件中斷觸發一個中斷服務例程的執行。
*中斷服務例程做基本的處理和完成本地的輸入操作，或者讓RTOS調度延時的處理。在一些情況下，延時處理過程由在Linux里面被叫做用戶進程來處理，在這里就是通常的RTOS任務。
*無論在何時何地獲得數據(中斷服務例程或者延時切換)，準備好的數據被放進隊列(RTOS中斷服務例程能夠訪問應用程序隊列通過應用程序接口(API)和其它進程間通信(？IPC)，請看下面的API表)。
*一個或者多個應用任務然后從隊列讀消息，來取出數據。
在傳統的RTOS和Linux之間的典型I/O的比較輸出常常由類似的機制來完成。替代使用write()或者相似的系統調用，一個或者多個RTOS應用程序任務，將準備好的數據放進隊列。隊列中的數據由以下過程取出：一個I/O程序或者響應”準備好發送”中斷的中斷服務例程，一個系統時鐘，或者其它阻塞在獲取隊列中的應用任務，然后直接執行I/O操作(可以是輪詢，也可以是通過DMA)。
將RTOSI/O映射進Linux
上面描述的基于隊列的生產/消費I/O模型，僅僅是很多種在傳統設計中所采用的特別方法之一。讓我們繼續用這個直接的例子，來討論幾種在嵌入式Linux下的實現：
大規模移植到用戶空間
對于勉強了解Linux設備驅動設計細節，或者非常匆忙的開發者，可能將大多數這樣基于隊列設計程序完整無缺地移植到用戶空間。在這種驅動程序映射配置中，內存映射的物理I/O口通過函數mmap()提供的指針可以在用戶空間操作。
#include
#defineREG_SIZE0x4/*deviceregistersize*/
#defineREG_OFFSET0xFA400000
/*physicaladdressofdevice*/
void*mem_ptr;/*de-referenceformemory-mappedaccess*/
intfd;
fd=open("/dev/mem"，O_RDWR);/*openphysicalmemory(mustberoot)*/
mem_ptr=mmap((void*)0x0，REG_AREA_SIZE，PROT_READ+PROT_WRITE，
MAP_SHARED，fd，REG_OFFSET);
/*actualcalltommap()*/
一個基于進程的用戶線程進行與基于RTOS的中斷服務例程或者延時任務一樣的操作，然后使用SVR4進程間通信函數msgsnd()將消息放進隊列，等待被另一個本地線程或者另一個進程利用函數msgrcv()來獲取。這種快速”臟的”處理方法是好的原型，同時對于建立可發布型代碼帶來了巨大的挑戰。首先重要的是需要在用戶空間掃描中斷。象DOS仿真(DOSEMU)項目提供基于信號的帶SIG(Silly中斷發生器)中斷I/O，但是用戶空間的中斷處理過程非常慢(毫秒量級中斷延時，所替代的基于內核的中斷服務例程中斷延時為數十微秒)。更進一步講，在用戶空間的切換調度不能保證用戶空間的I/O線程100%的及時執行，即使采用可搶占Linux內核和實時調度策略。