姓名：謝恩龍? ? ? ?學號：19020100029? ?學院：電子工程學院

轉自：https://blog.csdn.net/andyxie407/article/details/1629740

【嵌牛導讀】嵌入式Linux系統及其應用前景

【嵌牛鼻子】嵌入式Linux 操作系統 應用前景

【嵌牛提問】什么是嵌入式系統？

【嵌牛正文】

? ? 近年來，隨著計算技術、通信技術的飛速發展，特別是互聯網的迅速普及和3C（計算機、通信、消費電子）合一的加速，微型化和專業化成為發展的新趨勢， 嵌入式產品成為信息產業的主流。Linux從1991年問世到現在，短短的十幾年時間已經發展成為功能強大、設計完善的操作系統之一；可運行在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；可與各種傳統的商業操作系統分庭抗爭。越來越多的企業和研發機構都轉向嵌入式Linux的開發和研究上，在新興的嵌入式操作系統領域內也獲得了飛速發展。

一、嵌入式Linux的特點

　　嵌入式系統是以應用為中心，以計算機為基礎，軟硬件可裁剪，適用于系統對功能、可靠性、成本、功耗嚴格要求的專用計算機系統，系統結構見圖1。實時性是嵌入式系統的基本要求，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經過裁剪小型化后，可固化在存儲器或單片機中，應用于特定嵌入式場合的專用Linux操作系統。嵌入式Linux的開發和研究已經成為目前操作系統領域的一個熱點。與其它嵌入式操作系統相比（詳見表1），Linux的特點如下。

　　第一，Linux系統是層次結構且內核完全開放。

　　第二，強大的網絡支持功能。

　　第三，Linux具備一整套工具鏈，容易自行建立嵌入式系統的開發環境和交叉運行環境，可以跨越嵌入式系統開發中仿真工具的障礙。Linux也符合IEEE POSIX.1標準，使應用程序具有較好的可移植性。

　　第四，Linux具有廣泛的硬件支持特性。

　二、嵌入式Linux面臨的挑戰

????????目前，對嵌入式Linux系統的開發正在蓬勃興起，并已形成了很大的市場。除了一些傳統的Linux公司，像RedHat、VA Linux等，正在從事嵌入式Linux的研究之外，一批新公司（如Lineo、TimeSys等）和一些傳統的大公司（如IBM、SGI、Motorola、Intel等）以及一些開發專用嵌入式操作系統的公司（如Lynx）也都在進行嵌入式Linux的研究和開發。但就目前的技術而言，嵌入式Linux的研究成果與市場的真正需求還有一些距離，因此，嵌入式Linux走向成熟還需要在以下幾個方面有所發展。

? ? (1)Linux的實時性擴充

　　實時性是嵌入式操作系統的基本要求。由于Linux還不是一個真正的實時操作系統，內核不支持事件優先級和搶占實時特性，所以在開發嵌入式Linux的過程中，首要問題是擴展Linux的實時性能。對Linux實時性的擴展可以從兩方面進行：向外擴展和向上擴展。向外擴展即從范圍上擴展，讓實時系統支持的范圍更廣，支持的設備更多。目前的開發所面向的設備僅限于較簡單的有實時要求的串/并口數據采集、浮點數據計算等，而像實時網絡這樣實時系統的高級應用還需進一步發展。向上擴展是擴充Linux內核，從功能上擴充Linux的實時處理和控制系統。如嵌入式系統RT-Linux，它的基本原理是將Linux本身的任務以及Linux內核本身作為一個優先級最低的任務，而實時任務作為優先級最高的任務，即在實時任務存在的情況下運行實時任務，否則就運行Linux本身的任務。實時任務不同于Linux普通進程。它是以Linux的可裝載的內核模塊(Loadable Kernel Module，LKM)的形式存在的，需要運行實時任務的時候，將這個實時任務的內核模塊插入到內核中去，實時任務和Linux一般進程之間的通信通過共享內存或者FIFO通道來實現。

? ? (2)改變Linux內核的體系結構

　　Linux的內核體系采用的是Monolithic。在這種體系結構中，內核的所有部分都集中在一起，而且所有的部件在一起編譯連接。這樣雖然能使系統的各部分直接溝通，有效地縮短任務之間的切換時間，提高系統的響應速度和CPU的利用率，且實時性好；但在系統比較大時體積也比較大，與嵌入式系統容量小、資源有限的特點不符。而另外一種內核體系結構MicroKernel， 在內核中只包括了一些基本的內核功能，如創建和刪除任務、任務調度、內存管理和中斷處理等部分，而文件系統、網絡協議棧等部分都是在用戶內存空間運行。這種結構雖然執行效率不如Monolithic內核，但大大減小了內核的體積，同時也方便了整個系統的升級、維護和移植，更能滿足嵌入式系統的特點需要。為此，要使嵌入式Linux的應用更加廣泛，若將Linux目前的Monolithic內核結構中的部分結構改造成MicroKernel體系結構，可使得到的Linux既具有很好的實時性，又能滿足嵌入式系統體積小的要求。

　　另外，Linux是一個需要占用存儲器的操作系統。雖然這可以通過減少一些不必要的功能來彌補，但可能會浪費很多時間，而且容易帶來很大的麻煩。許多Linux的應用程序都要用到虛擬內存，這在許多嵌入式系統中是沒有價值的。所以，并不是一個沒有磁盤的Linux嵌入式系統就可以運行任何Linux應用程序。

? ? (3)完善Linux的集成開發環境

　　提供完整的集成開發環境是每一個嵌入式系統開發人員所期待的。一個完整的嵌入式系統的集成開發環境一般需要提供的工具是：編譯/連接器、內核調試/跟蹤器和集成圖形界面開發平臺。其中的集成圖形界面開發平臺包括編輯器、調試器、軟件仿真器和監視器等。在Linux系統中，具有功能強大的gcc編譯器工具鏈，使用了基于GNU的調試器gdb的遠程調試功能，一般由一臺客戶機運行調試程序調試宿主機運行的操作系統內核; 在使用遠程開發時還可以使用交叉平臺的方式，如在Windows平臺下的調試跟蹤器對Linux的宿主系統做調試。但是，Linux在基于圖形界面的特定系統定制平臺的研究上，與Windows操作系統相比還存在差距。因此，要使嵌入式Linux在嵌入式操作系統領域中的優勢更加明顯，整體集成開發環境還有待提高和完善。

三、嵌入式Linux的發展及應用前景

　　綜上，由于Linux具有對各種設備的廣泛支持性，因此，能方便地應用于機頂盒、IA設備、PDA、掌上電腦、WAP手機、尋呼機、車載盒以及工業控制等智能信息產品中。與PC相比，手持設備、IA設備以及信息家電的市場容量要高得多，而Linux嵌入式系統的強大的生命力和利用價值，使越來越多的企業和高校表現出對它極大的研發熱情。藍點軟件公司、博利思公司、共創軟件聯盟、中科紅旗等公司都已將嵌入式系統的開發作為自己的主要發展方向之一。

　　在嵌入式系統的應用中，Linux嵌入式操作系統所具有的技術優勢和獨特的開發模式給業界以新異。有理由相信，它能成為Internet時代嵌入式操作系統中的最強音。

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