Linux在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中的探究

小嵌

Linux在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中的探究,   

（文章來源：電子工程網(wǎng)）

計(jì)算機(jī)用于嵌入式控制設(shè)備領(lǐng)域的歷史和計(jì)算機(jī)本身的歷史一樣久遠(yuǎn)。最初的用于控制機(jī)電式電話交換器的通訊設(shè)備中“固態(tài)控制程序”就是嵌入式程序。“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”在當(dāng)時(shí)并不普遍；所以固態(tài)程序存放在內(nèi)存中控制相應(yīng)的設(shè)備。在那種時(shí)代，運(yùn)行控制程序是很先進(jìn)的思想，而且當(dāng)時(shí)也只能如此而已。  

那時(shí)的計(jì)算機(jī)是專為特定的用戶設(shè)計(jì)，特殊的應(yīng)用程序指令、I/O設(shè)備和主要的計(jì)算設(shè)備集成在一起。微處理器的產(chǎn)生改變了這種局面，價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)小巧的 CPU和外設(shè)連接在總線上形成了比較大的系統(tǒng)。這種硬件架構(gòu)很穩(wěn)定，于是在這個(gè)基礎(chǔ)上，這建立起了通用的軟件開發(fā)環(huán)境和編程模式，且簡化了編程，。  

不過很多的嵌入式系統(tǒng)還沒有使用操作系統(tǒng)，它們僅僅包含一些控制流程而已。在嵌入式系統(tǒng)相對簡單的情況下，這些控制流足以應(yīng)付。但是，當(dāng)嵌入式系統(tǒng)的功能復(fù)雜后，簡單控制邏輯就不夠用了，這時(shí)你必須使用操作系統(tǒng)。如果不使用操作系統(tǒng)將會(huì)使得控制系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)復(fù)雜混亂，很容易出錯(cuò)。再者，有些嵌入式系統(tǒng)需要接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，比如賓館的門鎖控制已經(jīng)需要接入網(wǎng)絡(luò)，因此就更需要嵌入式的操作系統(tǒng)來支持應(yīng)用軟件。  

除了商業(yè)化的操作系統(tǒng)外，還有其他的有版權(quán)要求的非商業(yè)化嵌入式操作系統(tǒng)可以使用。然而今天的Linux 系統(tǒng)有著嵌入式操作系統(tǒng)需要的很多特色、突出的優(yōu)勢：適應(yīng)于多種CPU和多種硬件平臺(tái)，性能穩(wěn)定，裁剪性很好，開發(fā)和使用都很容易。因此，我們決定在嵌入式系統(tǒng)中使用Linux操作系統(tǒng)。  

原來開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵是需要一套好用的開發(fā)和調(diào)試工具；而且在開發(fā)所不同階段還需要不同的工具。就比如工匠，只有好的工具才能夠使工作完成得又好又快。  

傳統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試工具就是ICE－在線仿真器；它取代目標(biāo)板的微處理器，給目標(biāo)程序提供仿真環(huán)境，同時(shí)可以連接監(jiān)視器；允許開發(fā)者調(diào)試和監(jiān)視程序的運(yùn)行。盡管這種運(yùn)行方式會(huì)引起一些奇怪的問題，但是它總能夠讓你明了程序在目標(biāo)板的工作狀態(tài)，免除了對底層的軟硬件接口的猜測。但是，這種設(shè)備價(jià)格非常貴。

  

過去，甚至在整個(gè)開發(fā)期內(nèi)，開發(fā)嵌入式系統(tǒng)主要依靠這些調(diào)試工具。 可是，我們發(fā)現(xiàn)，一旦軟硬件能夠正常支持串口的運(yùn)行時(shí)，我們可以使用其他的調(diào)試辦法�，F(xiàn)代的嵌入式系統(tǒng)采用相當(dāng)成熟的微處理器。因此很容易使得串口工作。串口連接成功，可以進(jìn)行很多的開發(fā)調(diào)試。所以我們不用ICE也可以很好地開始開發(fā)和調(diào)試工作了，同時(shí)還降低開發(fā)費(fèi)用。  

Linux利用GNU項(xiàng)目的C編譯器來編譯程序，使用gdb源程序級調(diào)試器來調(diào)試程序。它們提供了合適的手段來使你能夠開發(fā)嵌入式的Linux系統(tǒng)。為了開發(fā)基于Linux的嵌入式系統(tǒng)，可以按以下方法進(jìn)行：  

向串口輸出提示字符串，例如“hello word ”或“Waston, come here I need you!”等, 然后通過串口，指揮gdb 開始工作。以這種方式和另外一臺(tái)運(yùn)行g(shù)db程序的Linux主機(jī)系統(tǒng)“交談”，通過串口，你可以很方便地讓gdb調(diào)試目標(biāo)程序。通過串口和gdb通訊，可以進(jìn)行C源程序級的調(diào)試。甚至你還可以以串口把其他的程序下裝到RAM或flash存儲(chǔ)器。通過串口，使用gdb可以使得軟硬件的初始化代碼繼續(xù)運(yùn)行到核心全部啟動(dòng)。  

一旦核心在運(yùn)行了，你就可以使用其他的更好的調(diào)試工具，象Kgdb等，如果連接了網(wǎng)絡(luò)，你也可以讓網(wǎng)絡(luò)工作起來。同時(shí)你就可以用GUI的xgdb來調(diào)試應(yīng)用程序。  

細(xì)細(xì)分析起來，大多數(shù)系統(tǒng)并不需要嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性。而嵌入式系統(tǒng)也經(jīng)常被誤解為就是實(shí)時(shí)性系統(tǒng)。其實(shí)，多數(shù)嵌入式系統(tǒng)并不需要實(shí)時(shí)性，而且實(shí)時(shí)性本身是個(gè)相對的概念絕對的實(shí)時(shí)性是指對需要的服務(wù)以限定的方式和在限定時(shí)間內(nèi)提供，比如在微秒級內(nèi)響應(yīng)。 這種硬實(shí)時(shí)性功能只是針對特殊的設(shè)備而言 ，例如數(shù)字信號(hào)處理等。而這些要求使用特殊的硬件 如FIFO、DMA 和其他特殊設(shè)計(jì)的硬件 也可以滿足 。  

現(xiàn)在,嚴(yán)格要求的實(shí)時(shí)性任務(wù)的決定因素是中斷例程本身和內(nèi)核中的其他驅(qū)動(dòng)程序有關(guān)；而響應(yīng)延 遲時(shí)間主要受中斷的優(yōu)先級和其他進(jìn)程會(huì)暫時(shí)地關(guān)閉中斷響應(yīng)的影響。因此管理和驅(qū)動(dòng)中斷的機(jī)制必須 保證實(shí)時(shí)要求。

（責(zé)任編輯：fqj）