嵌入式Linux系統(tǒng)及其應(yīng)用前景

摘要：主要分析嵌入式Linux系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)的特點；概述其開發(fā)過程和所面臨的挑戰(zhàn)；闡述嵌入式Linux的發(fā)展和應(yīng)用前景。

引 言

??近年來，隨著計算技術(shù)、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是互聯(lián)網(wǎng)的迅速普及和3C（計算機(jī)、通信、消費(fèi)電子）合一的加速，微型化和專業(yè)化成為發(fā)展的新趨勢，嵌入式產(chǎn)品成為信息產(chǎn)業(yè)的主流。Linux從1991年問世到現(xiàn)在，短短的十幾年時間已經(jīng)發(fā)展成為功能強(qiáng)大、設(shè)計完善的操作系統(tǒng)之一；可運(yùn)行在X86、Alpha、Sparc、MIPS、PPC、Motorola、NEC、ARM等多種硬件平臺，而且開放源代碼，可以定制；可與各種傳統(tǒng)的商業(yè)操作系統(tǒng)分庭抗?fàn)帯Ｔ絹碓蕉嗟钠髽I(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)都轉(zhuǎn)向嵌入式Linux的開發(fā)和研究上，在新興的嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)也獲得了飛速發(fā)展。

1 嵌入式Linux的特點

　　嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機(jī)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適用于系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。實時性是嵌入式系統(tǒng)的基本要求，其次，還要求代碼小，速度快，可靠性高。嵌入式Linux（Embedded Linux）是指對Linux經(jīng)過裁剪小型化后，可固化在存儲器或單片機(jī)中，應(yīng)用于特定嵌入式場合的專用Linux操作系統(tǒng)。嵌入式Linux的開發(fā)和研究已經(jīng)成為目前操作系統(tǒng)領(lǐng)域的一個熱點。與其它嵌入式操作系統(tǒng)相比（詳見表1），Linux的特點如下。

表1 專用嵌入式實時操作系統(tǒng)與嵌入式Linux的比較

　專用嵌入式實時操作系統(tǒng)嵌入式Linux操作系統(tǒng)版權(quán)費(fèi)每生產(chǎn)一件產(chǎn)品需交納一份版權(quán)費(fèi)免費(fèi)購買費(fèi)用數(shù)十萬元（RMB）免費(fèi)技術(shù)支持由開發(fā)商獨(dú)家提供有限的技術(shù)支持全世界的自由軟件開發(fā)者提供支持網(wǎng)絡(luò)特性另加數(shù)十萬元（RMB）購買免費(fèi)且性能優(yōu)異軟件移值難（因為是封閉系統(tǒng)）易，代碼開放（有許多應(yīng)用軟件支持）應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)周期長，因為可參考的代碼有限短，新產(chǎn)品上市迅速，因為有許多公開的代碼可以參考和移植實時性能好須改進(jìn)，可用PT_Linux等模塊彌補(bǔ)穩(wěn)定性較好較好，但在高性能系統(tǒng)中須改進(jìn)

　　第一，Linux系統(tǒng)是層次結(jié)構(gòu)且內(nèi)核完全開放。Linux是由很多體積小且性能高的微內(nèi)核系統(tǒng)組成。在內(nèi)核代碼完全開放的前提下，不同領(lǐng)域和不同層次的用戶可以根據(jù)自己的應(yīng)用需要方便地對內(nèi)核進(jìn)行改造，低成本地設(shè)計和開發(fā)出滿足自己需要的嵌入式系統(tǒng)。

　　第二，強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持功能。Linux誕生于因特網(wǎng)時代并具有Unix的特性，保證了它支持所有標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)協(xié)議，并且可以利用Linux的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧將其開發(fā)成為嵌入式的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。 此外，Linux還支持ext2、fat16、fat32、romfs等文件系統(tǒng)，為開發(fā)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用打下了很好的基礎(chǔ)。

　　第三，Linux具備一整套工具鏈，容易自行建立嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和交叉運(yùn)行環(huán)境，可以跨越嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中仿真工具的障礙。Linux也符合IEEE POSIX.1標(biāo)準(zhǔn)，使應(yīng)用程序具有較好的可移植性。

　　傳統(tǒng)的嵌入式開發(fā)的程序調(diào)試和調(diào)試工具是用在線仿真器（ICE）實現(xiàn)的。它通過取代目標(biāo)板的微處理器，給目標(biāo)程序提供一個完整的仿真環(huán)境，完成監(jiān)視和調(diào)試程序；但一般價格比較昂貴，只適合做非常底層的調(diào)試。使用嵌入式Linux，一旦軟硬件能夠支持正常的串口功能，即使不用仿真器，也可以很好地進(jìn)行開發(fā)和調(diào)試工作，從而節(jié)省一筆不小的開發(fā)費(fèi)用。嵌入式Linux為開發(fā)者提供了一套完整的工具鏈（tool chain）。它利用GNU的gcc做編譯器，用gdb、kgdb、xgdb做調(diào)試工具，能夠很方便地實現(xiàn)從操作系統(tǒng)到應(yīng)用軟件各個級別的調(diào)試。

　　第四，Linux具有廣泛的硬件支持特性。無論是RISC還是CISC、32位還是64位等各種處理器，Linux都能運(yùn)行。Linux通常使用的微處理器是Intel X86芯片家族，但它同樣能運(yùn)行于Motorola公司的68K系列CPU和IBM、Apple、Motorola公司的PowerPC CPU以及Intel公司的StrongARM CPU等處理器。Linux支持各種主流硬件設(shè)備和最新硬件技術(shù)，甚至可以在沒有存儲管理單元（MMU）的處理器上運(yùn)行。這意味著嵌入式Linux將具有更廣泛的應(yīng)用前景。

2 Linux嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺

2.1 系統(tǒng)軟件操作平臺

　　操作系統(tǒng)是一種在計算機(jī)上運(yùn)行的軟件。它的主要任務(wù)是管理計算機(jī)上的系統(tǒng)資源，為用戶提供使用計算機(jī)及其外部設(shè)備的接口。它存在的目的是為了管理所有硬件資源，并且提供應(yīng)用軟件一個合適的操作環(huán)境。嵌入式系統(tǒng)由于硬件的限制，通常只具有極稀少的硬件資源，如主頻較低的CPU、較小的內(nèi)存、小容量的固態(tài)電子盤芯片DoC（Disk on Chip）或DoM（Disk on Module）替代磁盤等。在使用電池的系統(tǒng)中，它還要實現(xiàn)低功耗，延長電池使用時間的功能。

　　Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)是完全可行的。因為Linux提供了完成嵌入功能的基本內(nèi)核和所需要的所有用戶界面，能處理嵌入式任務(wù)和用戶界面。將Linux看作是連續(xù)的統(tǒng)一體，從一個具有內(nèi)存管理、任務(wù)切換和時間服務(wù)及其它分拆的微內(nèi)核到完整的服務(wù)器，支持所有的文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。Linux作為嵌入式系統(tǒng)，是一個帶有很多優(yōu)勢的新成員。它對許多CPU和硬件平臺都是易移植、穩(wěn)定、功能強(qiáng)大、易于開發(fā)的。

　　嵌入式Linux系統(tǒng)需要下面三個基本元素：系統(tǒng)引導(dǎo)工具

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