嵌入式Linux系統(tǒng)的設計與應用

嵌入式Linux系統(tǒng)的設計與應用王學龍所著作品01嵌入式Linux技術特點目錄02基本信息嵌入式系統(tǒng)技術已被廣泛地應用于軍事、工業(yè)控制系統(tǒng)、信息家電、通信設備、醫(yī)療儀器、智能儀器儀表等眾多領域。linux是一個優(yōu)秀的操作系統(tǒng)，嵌入式操作系統(tǒng)是近年來的熱門話題。嵌入式系統(tǒng)原理與應用對大學生、研究生今后的工作科研有著很重要的作用，也是科研人員、工程人員必備的知識。嵌入式Linux引言嵌入式Linux概述Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)的優(yōu)勢嵌入式Linux的建立嵌入式Linux引言嵌入式系統(tǒng)(EmbeddedSystems)是根據(jù)應用的要求，將操作系統(tǒng)和功能軟件集成于計算機硬件系統(tǒng)之中，從而實現(xiàn)軟件與硬件一體化的計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)出現(xiàn)于60年代晚期，它最初被用于控制機電交換機，如今已被廣泛的應用于工業(yè)制造、過程控制、通訊、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費類產(chǎn)品等眾多領域。嵌入式系統(tǒng)在數(shù)量上遠遠超過了各種通用計算機系統(tǒng)：計算機系統(tǒng)核心CPU，每年在全球范圍內(nèi)的產(chǎn)量大概在二十億顆左右，其中超過80%應用于各類專用性很強的嵌入式系統(tǒng)。一般的說，凡是帶有微處理器的專用軟硬件系統(tǒng)都可以稱為嵌入式系統(tǒng)。和通用的計算平臺相比，嵌入式系統(tǒng)往往具有功能單一、體積小、功耗低、可靠性高、剪裁性好、軟硬件集成度高、計算能力相對較低等特點。多年來，嵌入式設備中沒有操作系統(tǒng)，其主要原因有二：首先，諸如洗衣機、微波爐、電冰箱這樣的設備僅僅需要一道簡單的控制程序，以管理數(shù)量有限的按鈕和指示燈，沒有使用操作系統(tǒng)的必要；其次，它往往只具有有限的硬件資源，不足以支持一個操作系統(tǒng)。嵌入式Linux概述Linux是一個成熟而穩(wěn)定的絡操作系統(tǒng)。將Linux植入嵌入式設備具有眾多的優(yōu)點。首先，Linux的源代碼是開放的，任何人都可以獲取并修改，用之開發(fā)自己的產(chǎn)品。其次，Lirmx是可以定制的，其系統(tǒng)內(nèi)核最小只有約134kB。一個帶有中文系統(tǒng)和圖形用戶界面的核心程序也可以做到不足1MB，并且同樣穩(wěn)定。另外，它和多數(shù)Unix系統(tǒng)兼容，應用程序的開發(fā)和移植相當容易。同時，由于具有良好的可移植性，人們已成功使Linux運行于數(shù)百種硬件平臺之上。然而，Linux并非專門為實時性應用而設計，因此如果想在對實時性要求較高的嵌入式系統(tǒng)中運行Linux，就必須為之添加實時軟件模塊。這些模塊運行的內(nèi)核空間正是操作系統(tǒng)實現(xiàn)進程調(diào)度、中斷處理和程序執(zhí)行的部分，因此錯誤的代碼可能會破壞操作系統(tǒng)，進而影響整個系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。Linux的眾多優(yōu)點還是使它在嵌入式領域獲得了廣泛的應用，并出現(xiàn)了數(shù)量可觀的嵌入式Linux系統(tǒng)。其中有代表性的包括：UCLINUX、ETLinux、ThinLinux、LOAF等。ETLinux通常用于在小型工業(yè)計算機，尤其是PC/104模塊。ThinLinux面向?qū)Ｓ玫恼障鄼C服務器、X-10控制器、MP3播放器和其它類似的嵌入式應用。Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)的優(yōu)勢Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)的優(yōu)勢主要有以下幾點：1、可應用于多種硬件平臺。Linux已經(jīng)被移植到多種硬件平臺，這對于經(jīng)費，時間受限制的研究與開發(fā)項目是很有吸引力的。原型可以在標準平臺上開發(fā)后移植到具體的硬件上，加快了軟件與硬件的開發(fā)過程。Linux采用一個統(tǒng)一的框架對硬件進行管理，從一個硬件平臺到另一個硬件平臺的改動與上層應用無關。Linux可以隨意地配置，不需要任何的許可證或商家的合作關系，源代碼可以免費得到。這使得采用Linux作為操作系統(tǒng)不會遇到任何關于版權的糾紛。毫無疑問，這會節(jié)省大量的開發(fā)費用。本身內(nèi)置絡支持，而目前嵌入式系統(tǒng)對絡支持要求越來越高。Linux的高度模塊化使添加部件非常容易。2、Linux是一個和Unix相似、以內(nèi)核為基礎的、具有完全的內(nèi)存訪問控制，支持大量硬件(包括X86，Alpha、ARM和Motorola等現(xiàn)有的大部分芯片)等特性的一種通用操作系統(tǒng)。其程序源碼全部公開，任何人可以修改并在GUN通用公共許可證(GNUGeneralPublicLicense)下發(fā)行。這樣，開發(fā)人員可以對操作系統(tǒng)進行定制，適應其特殊需要。嵌入式Linux的建立完整的嵌入式Linux解決方案應包括嵌入式Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核、運行環(huán)境、圖形化界面和應用軟件等。由于嵌入式設備的特殊要求，嵌入式Linux解決方案中的內(nèi)核、環(huán)境、GUI等都與標準Linux有很大不同，其主要挑戰(zhàn)是如何在狹小的FLASH、ROM和內(nèi)存中實現(xiàn)高質(zhì)量的任務實時調(diào)度、圖形化顯示、絡通信等功能。1、精簡內(nèi)核Linux內(nèi)核有自己的結(jié)構體系，其中進程管理、內(nèi)存管理和文件系統(tǒng)是其最基本的3個子系統(tǒng)。圖1簡單表示了它的框架。用戶進程可直接通過系統(tǒng)調(diào)用或者函數(shù)庫來訪問內(nèi)核資源。正因為Linux內(nèi)核具有這樣的結(jié)構，因此修改內(nèi)核時必須注意各個子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)。嵌入式Linux內(nèi)核一般由標準Linux內(nèi)核裁剪而來。用戶可根據(jù)需求配置系統(tǒng)，剔除不需的服務功能、文件系統(tǒng)和設備驅(qū)動。經(jīng)過裁剪、壓縮后的系統(tǒng)內(nèi)核一般只有300k左右，十分適合嵌入式設備。同標準Linux不同的是嵌入式Linux必須要實現(xiàn)從FLASH或ROM的啟動。技術特點Linux的不足Linux的優(yōu)點技術特點Linux的優(yōu)點Linux的流行是因為它具有許多誘人之處。1、完全免費Linux是一款免費的操作系統(tǒng)，用戶可以通過絡或其他途徑免費獲得，并可以任意修改其源代碼。這是其他的操作系統(tǒng)所做不到的。正是由于這一點，來自全世界的無數(shù)程序員參與了Linux的修改、編寫工作，程序員可以根據(jù)自己的興趣和靈感對其進行改變。這讓Linux吸收了無數(shù)程序員的精華，不斷壯大。2、完全兼容POSIX1.0標準這使得可以在Linux下通過相應的模擬器運行常見的DOS、Windows的程序。這為用戶從Windows轉(zhuǎn)到Linux奠定了基礎。許多用戶在考慮使用Linux時，就想到以前在Windows下常見的程序是否能正常運行，這一點就消除了他們的疑慮。3、多用戶、多任務Linux支持多用戶，各個用戶對于自己的文件設備有自己特殊的權利，保證了各用戶之間互不影響。Linux的不足由于在現(xiàn)在的個人電腦操作系統(tǒng)行業(yè)中，微軟的Windows系統(tǒng)仍然占有大部分的份額，絕大多數(shù)的軟件公司都支持Windows。這使得Windows上的應用軟件應有盡有，而其他的操作系統(tǒng)就要少一些。許多用戶在換操作系統(tǒng)的時候都會考慮以前的軟件能否繼續(xù)使用，換了操作系統(tǒng)后是否會不方便。雖然Linux具有DOS、Windows模擬器，可以運行一些Windows程序，但Windows系統(tǒng)極其復雜，模擬器所模擬的運行環(huán)境不可能完全與真實的Windows環(huán)境一模一樣，這就使得一些軟件無法正常運行。許多硬件設備面對Linux的驅(qū)動程序也不足，不少硬件廠商是在推出Wi