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embedded linux 是指嵌入式 Linux,而嵌入式 Linux 就是指對標準 Linux 經過小型化裁剪處理之后,能夠固化在容量只有幾 K 或者幾 M 字節的存儲器芯片或者單片機中,適合于特定嵌入式應用場合的專用 Linux 操作系統。
一、嵌入式 Linux(Embedded Linux)是指對標準 Linux 經過小型化裁剪處理之后,能夠固化在容量只有幾 K 或者幾 M 字節的存儲器芯片或者單片機中,適合于特定嵌入式應用場合的專用 Linux 操作系統。
二、嵌入式 Linux 的特點
版權費:免費;
購買費用:媒介成本;
技術支持:全世界的自由軟件開發者提供支持;
網絡特性:免費而且性能優異;
軟件移植:容易,代碼開放,有許多應用軟件支持;
應用產品開發周期:短,新產品上市迅速,因為有許多公開的代碼可以參考和移植;
實時性能:RT_Linux,hardhat Linux 等嵌入式 Linux 支持實時性能;
穩定性:好;
安全性:好。
三、嵌入式 Linux 的市場前景和商業機會
嵌入式 Linux 有巨大的市場前景和商業機會,出現了大量的專業公司和產品,如 Montavista、Lineo、Emi 等。有行業協會,如 Embedded Linux Consortum 等。得到世界著名計算機公司和 oem 板級廠商的支持,例如 IBM、Motorola、Intel 等。傳統的嵌入式系統廠商也采用了 Linux 策略 如 Lynxworks、Windriver、QNX 等。還有 intelnet 上的大量嵌入式 Linux 愛好者的支持。嵌入式 Linux 支持幾乎所有的嵌入式 cpu 和被移植到幾乎所有的嵌入式 oem 板。
四、嵌入式 Linux 的應用領域
嵌入式 Linux 的應用領域非常廣泛,主要的應用領域有,信息家電:PDA,STB-Set-stopbox,Digital Telephone,Answering Machine,Screen Phone、數據網絡:Ethernet switches,Router,Bridge,Hub,Remote access servers,ATM,Frame relay、遠程通信、醫療電子、交通運輸、計算機外設、工業控制、航空領域等。
五、嵌入式 linux 的優勢
嵌入式 Linux 的開發和研究是操作系統領域中的一個熱點,目前已經開發成功的嵌入式系統中,大約有一半使用的是 Linux。Linux 之所以能在嵌入式系統市場上取得如此輝煌的成果,與其自身的優良特性是分不開的。
1、廣泛的硬件支持
Linux 能夠支持 x86、ARM、MIPS、ALPHA、PowerPC 等多種體系結構,目前已經成功移植到數十種硬件平臺,幾乎能夠運行在所有流行的 CPU 上。Linux 有著異常豐富的驅動程序資源,支持各種主流硬件設備和最新硬件技術,甚至可以在沒有存儲管理單元(MMU)的處理器上運行,這些都進一步促進了 Linux 在嵌入式系統中的應用。
2、內核高效穩定
Linux 內核的高效和穩定已經在各個領域內得到了大量事實的驗證,Linux 的內核設計非常精巧,分成進程調度、內存管理、進程間通信、虛擬文件系統和網絡接口五大部分,其獨特的模塊機制可以根據用戶的需要,實時地將某些模塊插入到內核或從內核中移走。這些特性使得 Linux 系統內核可以裁剪得非常小巧,很適合于嵌入式系統的需要。
3、開放源碼,軟件豐富
Linux 是開放源代碼的自由操作系統,它為用戶提供了最大限度的自由度,由于嵌入式系統千差萬別,往往需要針對具體的應用進行修改和優化,因而獲得源代碼就變得至關重要了。Linux 的軟件資源十分豐富,每一種通用程序在 Linux 上幾乎都可以找到,并且數量還在不斷增加。在 Linux 上開發嵌入式應用軟件一般不用從頭做起,而是可以選擇一個類似的自由軟件做為原型,在其上進行二次開發。
4、優秀的開發工具
開發嵌入式系統的關鍵是需要有一套完善的開發和調試工具。傳統的嵌入式開發調試工具是在線仿真器(In-Circuit Emulator,ICE),它通過取代目標板的微處理器,給目標程序提供一個完整的仿真環境,從而使開發者能夠非常清楚地了解到程序在目標板上的工作狀態,便于監視和調試程序。在線仿真器的價格非常昂貴,而且只適合做非常底層的調試,如果使用的是嵌入式 Linux,一旦軟硬件能夠支持正常的串口功能時,即使不用在線仿真器也可以很好地進行開發和調試工作,從而節省了一筆不小的開發費用。嵌入式 Linux 為開發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 做調試工具,能夠很方便地實現從操作系統到應用軟件各個級別的調試。
5、完善的網絡通信和文件管理機制
Linux 至誕生之日起就與 Internet 密不可分,支持所有標準的 Internet 網絡協議,并且很容易移植到嵌入式系統當中。此外,Linux 還支持 ext2、fat16、fat32、romfs 等文件系統,這些都為開發嵌入式系統應用打下了很好的基礎。
六、嵌入式 Linux 的挑戰
目前,嵌入式 Linux 系統的研發熱潮正在蓬勃興起,并且占據了很大的市場份額,除了一些傳統的 Linux 公司(如 RedHat、MontaVista 等)正在從事嵌入式 Linux 的開發和應用之外,IBM、Intel、Motorola 等著名企業也開始進行嵌入式 Linux 的研究。雖然前景一片燦爛,但就目前而言,嵌入式 Linux 的研究成果與市場的真正要求仍有一段差距,要開發出真正成熟的嵌入式 Linux 系統,還需要從以下幾個方面做出努力。
1、提高系統實時性
Linux 雖然已經被成功地應用到了 PDA、移動電話、車載電視、機頂盒、網絡微波爐等各種嵌入式設備上,但在醫療、航空、交通、工業控制等對實時性要求非常嚴格的場合中還無法直接應用,原因在于現有的 Linux 是一個通用的操作系統,雖然它也采用了許多技術來加快系統的運行和響應速度,并且符合 POSIX 1003.1b 標準,但從本質上來說并不是一個嵌入式實時操作系統。Linux 的內核調度策略基本上是沿用 UNIX 系統的,將它直接應用于嵌入式實時環境會有許多缺陷,如在運行內核線程時中斷被關閉,分時調度策略存在時間上的不確定性,以及缺乏高精度的計時器等等。正因如此,利用 Linux 作為底層操作系統,在其上進行實時化改造,從而構建出一個具有實時處理能力的嵌入式系統,是現在日益流行的解決方案。
2、改善內核結構
Linux 內核采用的是整體式結構(Monolithic),整個內核是一個單獨的、非常大的程序,這樣雖然能夠使系統的各個部分直接溝通,有效地縮短任務之間的切換時間,提高系統響應速度,但與嵌入式系統存儲容量小、資源有限的特點不相符合。嵌入式系統經常采用的是另一種稱為微內核(Microkernel)的體系結構,即內核本身只提供一些最基本的操作系統功能,如任務調度、內存管理、中斷處理等,而類似于文件系統和網絡協議等附加功能則運行在用戶空間中,并且可以根據實際需要進行取舍。Microkernel 的執行效率雖然比不上 Monolithic,但卻大大減小了內核的體積,便于維護和移植,更能滿足嵌入式系統的要求。可以考慮將 Linux 內核部分改造成 Microkernel,使 Linux 在具有很高性能的同時,又能滿足嵌入式系統體積小的要求。
3、完善集成開發平臺
引入嵌入式 Linux 系統集成開發平臺,是嵌入式 Linux 進一步發展和應用的內在要求。傳統上的嵌入式系統都是面向具體應用場合的,軟件和硬件之間必須緊密配合,但隨著嵌入式系統規模的不斷擴大和應用領域的不斷擴展,嵌入式操作系統的出現就成了一種必然,因為只有這樣才能促成嵌入式系統朝層次化和模塊化的方向發展。很顯然,嵌入式集成開發平臺也是符合上述發展趨勢的,一個優秀的嵌入式集成開發環境能夠提供比較完備的仿真功能,可以實現嵌入式應用軟件和嵌入式硬件的同步開發,從而擺脫了“嵌入式應用軟件的開發依賴于嵌入式硬件的開發,并且以嵌入式硬件的開發為前提”的不利局面。一個完整的嵌入式集成開發平臺通常包括編譯器、連接器、調試器、跟蹤器、優化器和集成用戶界面,目前 Linux 在基于圖形界面的特定系統定制平臺的研究上,與 Windows CE 等商業嵌入式操作系統相比還有很大差距,整體集成開發環境有待提高和完善。
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