【嵌入式Linux學習七步曲之第三篇 Linux系統bootlaoder移植】全面解析PowerPC架構下的扁平裝置樹FDT
全面解析PowerPC架構下的扁平裝置樹FDT
Sailor_forever sailing_9806#163.com
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http://blog.csdn.net/sailor_8318/archive/2009/12/26/5078959.aspx
【摘要】本文以MPC8378處理器、Linux2.6.25核心及U-boot1.3.4為例,講述瞭如何在PowerPC架構下使用FDT。首先介紹了引入FDT的背景,接著詳細介紹了FDT的組成及製作。最後介紹了U-boot及核心如何支援FDT。
【關鍵字】PowerPC,MPC8378,DTS,DTB,FDT,device node,property,compatible
1 背景 2
2 裝置樹的描述方式 2
2.1 root Node 3
2.2 chosen 3
2.3 cpus Node 3
2.4 System Memory 5
2.5 Devices 5
2.5.1 Compatible屬性 6
2.5.2 Addressing 6
2.6 Interrupts and Interrupt Controllers 7
3 如何製作裝置樹映像 8
3.1 輸入 8
3.2 輸出 9
3.3 命令格式 9
4 裝置樹的傳遞途徑 9
4.1 U-boot對FDT的支援 10
4.2 如何配置FDT 10
4.3 如何傳遞裝置樹 10
5 核心如何解析裝置樹 12
6 裝置樹對驅動設計產生的影響 15
1 背景
通常情況下,桌面機和伺服器可以相容大部分軟體。最好的結果就是當新增新硬體時,無需重新編譯Linux核心。標準的韌體介面可以保證bootloader將正確的引數傳遞給核心。PC可以採用bios,PowerPC and Sparc採用Open-Firmware介面。但是對於嵌入式系統,軟體差別太大,核心本身也是定製的,bootloader只需要傳遞很少的引數,因為大部分資訊都是硬編碼在系統的配置中的。這樣同一個核心映像很難同時使用在多個不同的平臺上。
早期的PowerPC平臺採用特定的資料結構bd_info來傳遞引數,其定義在include/asm-ppc/ppcboot.h,#define來定義特定平臺的資料域,但並沒有什麼資訊來說明當前採用的是那個bd_info結構,所以必須保證在核心和bootloader中同時更新,以便保持一致。
合併32-bit (arch/ppc) 和 64-bit (arch/ppc64) PowerPC的同時,決定重新整理韌體介面,建立新的目錄arch/powerpc,這裡所有的平臺必須向核心提供Open Firmware風格的裝置樹,以便核心啟動時可以獲得當前平臺的硬體配置。
2 裝置樹的描述方式
簡單的說裝置書是一種描述硬體配置資訊的資料結構,包括CPU,記憶體,匯流排及相關外設。核心啟動時可以解析這些資訊,以此決定如何配置核心及載入那些驅動。該資料結構有一個單一的根節點“/”。每個節點有個名字並可以包含多個子節點。資料的格式遵循IEEE standard 1275。
Device tree source (.dts)採用一種易編輯的文字方式來表達裝置樹,device tree compiler tool (dtc)將.dts轉換成binary device tree blob(.dtb)。裝置樹並不是控制系統裝置的唯一方法,比如核心對USB和PCI已經有非常方便的檢測機制。
/ { // the root node
an-empty-property;
a-child-node {
array-prop = <0x100 32>;
string-prop = "hello, world";
};
another-child-node {
binary-prop = [0102CAFE];
string-list = "yes","no","maybe";
};
};
Figure 1: Simple example of the .dts file format
2.1 root Node
裝置樹的起點是根節點,Model和compatible屬性指明瞭當前平臺的名字,格式為<mfg>,<board>:
Mfg是vendor,board是板子模型
Compatible屬性不一定非得要,但是當兩個系統在硬體配置上基本一致時,這個引數可以用於辨別當前系統。
/ {
model = "fsl,mpc8377rdb";
compatible = "fsl,mpc8377rdb";
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
aliases {
ethernet0 = &enet0;
ethernet1 = &enet1;
serial0 = &serial0;
serial1 = &serial1;
//pci0 = &pci0;
};
// Child nodes go here
};
Figure 3: Example system root node
2.2 chosen
此節點並不真正代表裝置節點,而是一些虛擬的由bootloader傳遞給核心的一些引數,包括bootargs(cmdline)和initrd等。一般由bootloader在啟動核心時新增此節點。
2.3 cpus Node
cpus節點是root節點的子節點,對於多核CPU系統,每個CPU有一個子節點。Cpus節點並不需要特別的特性,但是通常習慣指定#address-cells = <1>和#size-cells = <0>,這指定了各個CPU節點的reg屬性的格式,其用於編碼物理CPU號。
CPU節點的格式為
cpus {
#cpus = <1>;
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
PowerPC,[email protected] {
device_type = "cpu";
model = "PowerPC, 8377";
reg = <0x0>;
d-cache-line-size = <32>;
i-cache-line-size = <32>;
d-cache-size = <32768>;
i-cache-size = <32768>;
timebase-frequency = <0>;
bus-frequency = <0>;
clock-frequency = <0>;
};
};
Figure 4: cpus node
cpus {
#cpus = <2>;
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
PowerPC,
device_type = "cpu";
reg = <0>;
d-cache-line-size = <20>; // 32 bytes
i-cache-line-size = <20>; // 32 bytes
d-cache-size = <8000>; // L1, 32K
i-cache-size = <8000>; // L1, 32K
timebase-frequency = <0>; // 33 MHz, from uboot
bus-frequency = <0>; // From uboot
clock-frequency = <0>; // From uboot
32-bit;
linux,boot-cpu;
};
PowerPC,
device_type = "cpu";
reg = <1>;
d-cache-line-size = <20>; // 32 bytes
i-cache-line-size = <20>; // 32 bytes
d-cache-size = <8000>; // L1, 32K
i-cache-size = <8000>; // L1, 32K
timebase-frequency = <0>; // 33 MHz, from uboot
bus-frequency = <0>; // From uboot
clock-frequency = <0>; // From uboot
32-bit;
};
};
2.4 System Memory
描述系統記憶體的節點成為memory node,其為root節點的子節點,通常只用一個memory節點描述系統所有的記憶體範圍,reg屬性用來定義當前可用的各個memory範圍。
memory {
device_type = "memory";
reg = <0x00000000 0x40000000>; // 256MB at 0
};
Figure 5: Memory node
2.5 Devices
一系列節點用於描述系統匯流排及裝置,每個匯流排及裝置在裝置樹種都有自己的節點。處理器的local bus通常直接作為根節點的子節點,附著在local bus上的Devices and bridges將作為其子節點。
下圖顯示的PLB bus上的裝置包括interrupt controller, an Ethernet device,
及 OPB bridge,OPB總線上有serial devices and a Flash device
plb {
compatible = "simple-bus";
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
ranges;
UIC0: interrupt-controller {
compatible = "ibm,uic-440gp",
"ibm,uic";
interrupt-controller;
#interrupt-cells = <2>;
};
[email protected] {
compatible = "ibm,emac-440gp";
reg = <0x20000 0x70>;
interrupt-parent = <&UIC0>;
interrupts = <0 4>;
};
opb {
compatible = "simple-bus";
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
ranges = <0x0 0xe0000000
0x20000000>;
[email protected] {
compatible = "ns16550";
reg = <0x0 0x10>;
interrupt-parent = <&UIC0>;
interrupts = <1 4>;
};
[email protected] {
compatible = "ns16550";
reg = <0x10000 0x10>;
interrupt-parent = <&UIC0>;
interrupts = <2 4>;
};
[email protected] {
compatible = "amd,s29gl256n",
"cfi-flash";
reg = <0x1ff00000 0x100000>;
};
};
};
Figure 6: Simple System Device Hierarchy
2.5.1 Compatible屬性
幾乎每個裝置都有compatible屬性,OS利用此關鍵字來確定node所描述的裝置,通常compatible字串的格式如下:
<manufacturer>,<part-num>
對於每個特定的compatible值,需要為該裝置定義一個device tree binding。
有時候compatible是一系列字串,如果某個裝置在暫存器級別和某個舊裝置相容,則可以同時指定多個字串,這樣OS就知道這兩個驅動是相容的。通常該裝置的compatible字串在前,然後是相容的舊裝置的字串。
2.5.2 Addressing
裝置地址由reg屬性指定,其為一系列cell單元。格式如下:
reg = <base1 size1 [base2 size2 [...]]>;
每個reg的實際大小有父節點的#address-cells and #size-cells屬性決定,#address-cells是用來指定base address基地址的cells個數,#size-cells是用來指定region size的cells個數。Reg所使用的cells個數必須是(#address-cells + #size-cells)的倍數。
Reg定義的是bus address,而非system address,bus address是裝置依賴的總線上的相對地址,或者更專業的說bus address是相對於父節點的。
Ranges屬性可以將bus address對映到父節點一級,格式如下:
ranges = <addr1 parent1 size1 [...]>;
addr為匯流排地址,寬度為#address-cells,parent是父節點總線上的地址,寬度為父節點的#address-cells,size寬度為父節點的#size-cells。但是當匯流排地址和父節點地址對映關係為1:1時,可以簡化對映關係:
ranges;
在本示例中,Flash在OPB總線上的地址為0x1ff00000,但OPB匯流排中,PLB bus address 0xe0000000 對映到了0x0000000 on the OPB bus,因此Flash裝置的地址為0xfff00000。
2.6 Interrupts and Interrupt Controllers
裝置樹的自然佈局很方便描述裝置間的簡單關係,但是中斷系統是個比較複雜的例子。可以將serial device描述為OPB匯流排的子節點,但也可以說其是interrupt controller裝置的子節點,那麼如何描述呢?目前的規範是,自然樹的結構適用於描述那些定址和控制裝置的主要介面,次要連線可以通過phandle屬性來描述相互之間的關係,其為節點中的一個指標,指向另一個節點。
對於中斷連線,裝置節點利用interrupt-parent and interrupts屬性來描述到interrupt controller的連線。interrupt-parent是指向描述interrupt controller節點的指標,interrupts是interrupt controller可以觸發的一系列中斷訊號。
Interrupt controller節點必須定義空屬性interrupt-controller,同時定義#interrupt-cells,確定幾個cells描述一箇中斷訊號。由於Interrupt controller節點在裝置樹種被其他節點連結,因此必須定義屬性linux,phandle = <xx>。
對於大部分SOC系統,通常只有一個interrupt controller,,但是多個interrupt controller之間可以級聯。interrupt controller和裝置之間的關係就形成了interrupt tree。
對於serial device node,interrupt-parent屬性定義了其在中斷樹中與其父節點的關係。Interrupts屬性定義了特定的中斷標識,其格式取決於中斷樹中父節點的#interrupt-cells,通常#interrupt-cells為2,這樣第一個值表示interrupt controller中的硬體中斷編號,第二個值表示中斷觸發方式:電平觸發或者邊沿觸發。
/* IPIC
* interrupts cell = <intr #, sense>
* sense values match linux IORESOURCE_IRQ_* defines:
* sense == 8: Level, low assertion
* sense == 2: Edge, high-to-low change
*/
[email protected] {
linux,phandle = <700>;
interrupt-controller;
#address-cells = <0>;
#interrupt-cells = <2>;
reg = <700 100>;
built-in;
device_type = "ipic";
};
[email protected] {
device_type = "serial";
compatible = "ns16550";
reg = <4500 100>;
clock-frequency = <0>;
interrupts = <9 8>;
interrupt-parent = <700>;
};
3 如何製作裝置樹映像
Device tree compiler(dtc)負責將文字格式的裝置樹轉換成OS可以識別的格式。
3.1 輸入
Dtc接受三種輸入格式:
原始檔,即device tree source;
Blob (dtb),flattened tree format,主要用於檢查現有的DTB映像;
FS檔案系統,/proc/device-tree下面的檔案樹目錄,主要用於從當前執行的核心中獲得裝置樹映像。
-sh-3.1# ls -al /proc/device-tree
ls -l /proc/device-tree/
-r--r--r-- 1 root root 4 Jan 1 00:05 #address-cells
-r--r--r-- 1 root root 4 Jan 1 00:05 #size-cells
dr-xr-xr-x 2 root root 0 Jan 1 00:05 aliases
dr-xr-xr-x 2 root root 0 Jan 1 00:05 chosen
-r--r--r-- 1 root root 15 Jan 1 00:05 compatible
dr-xr-xr-x 3 root root 0 Jan 1 00:05 cpus
dr-xr-xr-x 15 root root 0 Jan 1 00:05 [email protected]
dr-xr-xr-x 4 root root 0 Jan 1 00:05 [email protected]
dr-xr-xr-x 2 root root 0 Jan 1 00:05 memory
-r--r--r-- 1 root root 1 Jan 1 00:05 name
dr-xr-xr-x 2 root root 0 Jan 1 00:05 [email protected]
dr-xr-xr-x 2 root root 0 Jan 1 00:05 [email protected]
dr-xr-xr-x 2 root root 0 Jan 1 00:05 [email protected]
dr-xr-xr-x 2 root root 0 Jan 1 00:05 [email protected]
dr-xr-xr-x 2 root root 0 Jan 1 00:05 [email protected]
ls -l /proc/device-tree/immr/@e0000000/
-r--r--r-- 1 root root 4 Jan 1 00:06 #address-cells
-r--r--r-- 1 root root 4 Jan 1 00:06 #size-cells
-r--r--r-- 1 root root 4 Jan 1 00:06 bus-frequency
-r--r--r-- 1 root root 11 Jan 1 00:06 compatible
-r--r--r-- 1 root root 4 Jan 1 00:06 device_type
dr-xr-xr-x 2 root root 0 Jan 1 00:06 [email protected]
dr-xr-xr-x 2 root root 0 Jan 1 00:06 [email protected]
dr-xr-xr-x 2 root root 0 Jan 1 00:06 [email protected]
dr-xr-xr-x 3 root root 0 Jan 1 00:06 [email protected]
dr-xr-xr-x 2 root root 0 Jan 1 00:06 [email protected]
dr-xr-xr-x 3 root root 0 Jan 1 00:06 [email protected]
-r--r--r-- 1 root root 5 Jan 1 00:06 name
dr-xr-xr-x 2 root root 0 Jan 1 00:06 [email protected]
-r--r--r-- 1 root root 12 Jan 1 00:06 ranges
-r--r--r-- 1 root root 8 Jan 1 00:06 reg
dr-xr-xr-x 2 root root 0 Jan 1 00:06 [email protected]
dr-xr-xr-x 2 root root 0 Jan 1 00:06 [email protected]
dr-xr-xr-x 2 root root 0 Jan 1 00:06 [email protected]
dr-xr-xr-x 2 root root 0 Jan 1 00:06 [email protected]
dr-xr-xr-x 2 root root 0 Jan 1 00:06 [email protected]
dr-xr-xr-x 2 root root 0 Jan 1 00:06 [email protected]
3.2 輸出
Blob (dtb),主要用於從DTS獲得裝置樹映像;
source (dts), 當輸入引數為Blob (dtb),可以“反彙編”出裝置樹原始檔;
assembler source (asm),其最終可以編譯成.O檔案,可以連結到bootloader中或者frrmware image。
3.3 命令格式
dtc [-I <input -format > ] [-O <output -format > ] [-o output-filename] [-V output_version] input_filename
dtc -I dts -O dtb -S 0x3000 -o obj_name.dtb source_name.dts
-S 指定的是生成的dtb檔案的大小,需要適當地擴大以供u-boot 建立/choose節點時使用
4 裝置樹的傳遞途徑
對於Open Firmware (OF)系統,prom_init.c中的程式碼負責解析裝置樹,並將其轉化為blob印象。
對於無Open Firmware (OF)的系統,核心可以直接從入口啟動,並接受外部傳遞的flattened device tree引數。對於嵌入式系統,此引數由bootloader提供,或者封裝過的zImage映像提供。
4.1 U-boot對FDT的支援
U-boot為了支援FDT,專門添加了新的程式碼,如下:
/Libfdt目錄
fdt.h
libfdt.h
fdt_support.h
fdt_support.c
4.2 如何配置FDT
通常在板子配置標頭檔案定義相關巨集,以支援FDT
/* Pass open firmware flat tree */
#define CONFIG_OF_LIBFDT 1
#define CONFIG_OF_BOARD_SETUP 1
#define CONFIG_OF_STDOUT_VIA_ALIAS 1
CONFIG_OF_BOARD_SETUP巨集表示會對裝置樹中的部分引數進行調整,主要是timebase-frequency,bus-frequency,clock-frequency等引數,在裝置樹配置檔案中,這些引數可能為0,即採用U-boot中的引數。
4.3 如何傳遞裝置樹
Lib_ppc/board.c中do_bootm_linux負責啟動Linux核心。
#if defined(CONFIG_OF_LIBFDT)
#include <fdt.h>
#include <libfdt.h>
#include <fdt_support.h>
static void fdt_error (const char *msg);
static int boot_get_fdt (cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[],
bootm_headers_t *images, char **of_flat_tree, ulong *of_size);
static int boot_relocate_fdt (struct lmb *lmb, ulong bootmap_base,
cmd_tbl_t *cmdtp, int flag, int argc, char *argv[],
char **of_flat_tree, ulong *of_size);
#endif
相關流程如下:
在該流程中,主要從啟動引數中找出裝置樹,然後在裝置樹中新增chosen 節點, 並將initrd 的地址地址,結束地址,bootargs,cmd_line 等引數儲存到chosen 節點中,最後根據是否支援扁平裝置樹選擇不同的核心啟動方式。
#if defined(CONFIG_OF_LIBFDT)
if (of_flat_tree) { /* device tree; boot new style */
/*
* Linux Kernel Parameters (passing device tree):
* r3: pointer to the fdt, followed by the board info data
* r4: physical pointer to the kernel itself
* r5: NULL
* r6: NULL
* r7: NULL
*/
debug (" Booting using OF flat tree.../n");
(*kernel) ((bd_t *)of_flat_tree, (ulong)kernel, 0, 0, 0);
/* does not return */
} else
#endif
{
/*
* Linux Kernel Parameters (passing board info data):
* r3: ptr to board info data
* r4: initrd_start or 0 if no initrd
* r5: initrd_end - unused if r4 is 0
* r6: Start of command line string
* r7: End of command line string
*/
debug (" Booting using board info.../n");
(*kernel) (kbd, initrd_start, initrd_end, cmd_start, cmd_end);
/* does not return */
}
如果未定義CONFIG_OF_LIBFDT或者當前bootm命令沒有FDT引數時則採用傳統的方式啟動核心。
啟動命令格式如下:
Bootm kernel_addr ramdisk_addr/- fdt_addr
當不採用ramdisk時,第二個引數為“-”
5 核心如何解析裝置樹
1)首先將從u-boot 傳遞過來的映像基地址和dtb 檔案映像基地址儲存通用暫存器r30,r31;
2)通過呼叫machine_init()、early_init_devtree()函式來獲取核心前期初始化所需的bootargs,cmd_line等系統引導引數;
3)呼叫start_kernel()、setup_arch()、unflatten_device_tree()函式來解析dtb 檔案,構建一個由device_node 結構連線而成的單項鍊表,並使用全域性變數allnodes 指標來儲存這個連結串列的頭指標;
4)核心呼叫OF 提供的API 函式獲取allnodes連結串列資訊來初始化核心其他子系統、裝置等。
Head_32.S
/*
* This is where the main kernel code starts.
*/
start_here:
。。。。
/*
* Do early platform-specific initialization,
* and set up the MMU.
*/
mr r3,r31
mr r4,r30
bl machine_init
/*
* Find out what kind of machine we're on and save any data we need
* from the early boot process (devtree is copied on pmac by prom_init()).
* This is called very early on the boot process, after a minimal
* MMU environment has been set up but before MMU_init is called.
*/
void __init machine_init(unsigned long dt_ptr, unsigned long phys)
{
/* If btext is enabled, we might have a BAT setup for early display,
* thus we do enable some very basic udbg output
*/
#ifdef CONFIG_BOOTX_TEXT
udbg_putc = btext_drawchar;
#endif
/* Do some early initialization based on the flat device tree */
early_init_devtree(__va(dt_ptr));
}
/* Warning, IO base is not yet inited */
void __init setup_arch(char **cmdline_p)
{
*cmdline_p = cmd_line;
/* so udelay does something sensible, assume <= 1000 bogomips */
loops_per_jiffy = 500000000 / HZ;
unflatten_device_tree();
…..
}
/**
* unflattens the device-tree passed by the firmware, creating the
* tree of struct device_node. It also fills the "name" and "type"
* pointers of the nodes so the normal device-tree walking functions
* can be used (this used to be done by finish_device_tree)
*/
void __init unflatten_device_tree(void)
{
unsigned long start, mem, size;
struct device_node **allnextp = &allnodes;
DBG(" -> unflatten_device_tree()/n");
/* First pass, scan for size */
start = ((unsigned long)initial_boot_params) +
initial_boot_params->off_dt_struct;
size = unflatten_dt_node(0, &start, NULL, NULL, 0);
size = (size | 3) + 1;
DBG(" size is %lx, allocating.../n", size);
/* Allocate memory for the expanded device tree */
mem = lmb_alloc(size + 4, __alignof__(struct device_node));
mem = (unsigned long) __va(mem);
((u32 *)mem)[size / 4] = 0xdeadbeef;
DBG(" unflattening %lx.../n", mem);
/* Second pass, do actual unflattening */
start = ((unsigned long)initial_boot_params) +
initial_boot_params->off_dt_struct;
unflatten_dt_node(mem, &start, NULL, &allnextp, 0);
if (*((u32 *)start) != OF_DT_END)
printk(KERN_WARNING "Weird tag at end of tree: %08x/n", *((u32 *)start));
if (((u32 *)mem)[size / 4] != 0xdeadbeef)
printk(KERN_WARNING "End of tree marker overwritten: %08x/n",
((u32 *)mem)[size / 4] );
*allnextp = NULL;
/* Get pointer to OF "/chosen" node for use everywhere */
of_chosen = of_find_node_by_path("/chosen");
if (of_chosen == NULL)
of_chosen = of_find_node_by_path("/[email protected]");
DBG(" <- unflatten_device_tree()/n");
}
6 裝置樹對驅動設計產生的影響
TBD
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環境 虛擬機器:VMware 10 Linux版本:CentOS-6.5-x86_64 客戶端:Xshell4 FTP:Xftp4 一、編譯安裝1.解壓 原始碼檔案是壓縮包 要先解壓tar -zxvf tengine-2.1.0.tar.gz 2.進入解壓包 檢視README檔案 裡面有對軟體
【Linux學習七】軟件安裝
vmw arc 缺少 perl 指導 tar 編譯安裝 驗證 erl 環境 虛擬機:VMware 10 Linux版本:CentOS-6.5-x86_64 客戶端:Xshell4 FTP:Xftp4 一、編譯安裝1.解壓 源碼文件是壓縮包 要先解壓tar -z
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Linux學習第一步(虛擬機的和鏡像文件的安裝)
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不銹鋼齒輪泵安全操作七步曲
工作壓力 管道 情況 必須 需要 溫度 不可 零部件 IT 不銹鋼齒輪泵一般輸送有腐蝕性的介質,在使用過程中要註意仔細保養,啟動的時候特別註意查看管道的接口是否密封好,查看電機的旋轉方向是否正確。時時註意軸承溫度不要過高,不銹鋼泵因為介質具有腐蝕性,所以如果停機不再使用
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Linux學習筆記_shell程式設計之運算子
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【itext學習之路】-------(第三篇)對pdf文件進行加密和許可權設定
上篇文章,我們學習了pdf的屬性設定,但是我們知道,在實際開發中,如果pdf文件被黑客盜取的話,那麼pdf中的資訊就會被洩露,因此本篇文章將會介紹pdf的加密設定,並且設定許可權。 首先我們要說明的是,itext中對pdf文件的加密包括兩部分,第一部分是使用者密
Linux學習小白成長之路
1、簡介 Linux就是一個作業系統,就像你之前用過的windows和macos。下面是小弟畫的關係圖,有助於理解作業系統 作業系統始於二十世紀五十年代,當時的作業系統能執行批處理程式。批處理程式不需要使用者的互動,它從檔案或者穿孔卡片讀取資料,然後輸出到另外一個檔案或者印表機。貝爾實