嵌入式Linux系统及其应用前景

嵌入式Linux系统及其应用前景

摘要：主要分析嵌入式Linux系统应用开发的特点；概述其开发过程和所面临的挑战；阐述嵌入式Linux的发展和应用前景。

引 言

??近年来，随着计算技术、通信技术的飞速发展，特别是互联网的迅速普及和3C（计算机、通信、消费电子）合一的加速，微型化和专业化成为发展的新趋势，嵌入式产品成为信息产业的主流。Linux从1991年问世到现在，短短的十几年时间已经发展成为功能强大、设计完善的操作系统之一；可运行在X86、Alpha、Sparc、MIPS、PPC、Motorola、NEC、ARM等多种硬件平台，而且开放源代码，可以定制；可与各种传统的商业操作系统分庭抗争。越来越多的企业和研发机构都转向嵌入式Linux的开发和研究上，在新兴的嵌入式操作系统领域内也获得了飞速发展。

1 嵌入式Linux的特点

　　嵌入式系统是以应用为中心，以计算机为基础，软硬件可裁剪，适用于系统对功能、可靠性、成本、功耗严格要求的专用计算机系统，系统结构见图1。实时性是嵌入式系统的基本要求，其次，还要求代码小，速度快，可靠性高。嵌入式Linux（Embedded Linux）是指对Linux经过裁剪小型化后，可固化在存储器或单片机中，应用于特定嵌入式场合的专用Linux操作系统。嵌入式Linux的开发和研究已经成为目前操作系统领域的一个热点。与其它嵌入式操作系统相比（详见表1），Linux的特点如下。

表1 专用嵌入式实时操作系统与嵌入式Linux的比较

　专用嵌入式实时操作系统嵌入式Linux操作系统版权费每生产一件产品需交纳一份版权费免费购买费用数十万元（RMB）免费技术支持由开发商独家提供有限的技术支持全世界的自由软件开发者提供支持网络特性另加数十万元（RMB）购买免费且性能优异软件移值难（因为是封闭系统）易，代码开放（有许多应用软件支持）应用产品开发周期长，因为可参考的代码有限短，新产品上市迅速，因为有许多公开的代码可以参考和移植实时性能好须改进，可用PT_Linux等模块弥补稳定性较好较好，但在高性能系统中须改进

　　第一，Linux系统是层次结构且内核完全开放。Linux是由很多体积小且性能高的微内核系统组成。在内核代码完全开放的前提下，不同领域和不同层次的用户可以根据自己的应用需要方便地对内核进行改造，低成本地设计和开发出满足自己需要的嵌入式系统。

　　第二，强大的网络支持功能。Linux诞生于因特网时代并具有Unix的特性，保证了它支持所有标准因特网协议，并且可以利用Linux的网络协议栈将其开发成为嵌入式的TCP/IP网络协议栈。 此外，Linux还支持ext2、fat16、fat32、romfs等文件系统，为开发嵌入式系统应用打下了很好的基础。

　　第三，Linux具备一整套工具链，容易自行建立嵌入式系统的开发环境和交叉运行环境，可以跨越嵌入式系统开发中仿真工具的障碍。Linux也符合IEEE POSIX.1标准，使应用程序具有较好的可移植性。

　　传统的嵌入式开发的程序调试和调试工具是用在线仿真器（ICE）实现的。它通过取代目标板的微处理器，给目标程序提供一个完整的仿真环境，完成监视和调试程序；但一般价格比较昂贵，只适合做非常底层的调试。使用嵌入式Linux，一旦软硬件能够支持正常的串口功能，即使不用仿真器，也可以很好地进行开发和调试工作，从而节省一笔不小的开发费用。嵌入式Linux为开发者提供了一套完整的工具链（tool chain）。它利用GNU的gcc做编译器，用gdb、kgdb、xgdb做调试工具，能够很方便地实现从操作系统到应用软件各个级别的调试。

　　第四，Linux具有广泛的硬件支持特性。无论是RISC还是CISC、32位还是64位等各种处理器，Linux都能运行。Linux通常使用的微处理器是Intel X86芯片家族，但它同样能运行于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等处理器。Linux支持各种主流硬件设备和最新硬件技术，甚至可以在没有存储管理单元（MMU）的处理器上运行。这意味着嵌入式Linux将具有更广泛的应用前景。

2 Linux嵌入式系统开发平台

2.1 系统软件操作平台

　　操作系统是一种在计算机上运行的软件。它的主要任务是管理计算机上的系统资源，为用户提供使用计算机及其外部设备的接口。它存在的目的是为了管理所有硬件资源，并且提供应用软件一个合适的操作环境。嵌入式系统由于硬件的限制，通常只具有极稀少的硬件资源，如主频较低的CPU、较小的内存、小容量的固态电子盘芯片DoC（Disk on Chip）或DoM（Disk on Module）替代磁盘等。在使用电池的系统中，它还要实现低功耗，延长电池使用时间的功能。

　　Linux作为嵌入式操作系统是完全可行的。因为Linux提供了完成嵌入功能的基本内核和所需要的所有用户界面，能处理嵌入式任务和用户界面。将Linux看作是连续的统一体，从一个具有内存管理、任务切换和时间服务及其它分拆的微内核到完整的服务器，支持所有的文件系统和网络服务。Linux作为嵌入式系统，是一个带有很多优势的新成员。它对许多CPU和硬件平台都是易移植、稳定、功能强大、易于开发的。

　　嵌入式Linux系统需要下面三个基本元素：系统引导工具

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