【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 可靠性、成本、體積、功耗等指標(biāo)的嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。另一種是， IEEE（國際電氣和電子工業(yè)協(xié)會(huì)）的定義：嵌入式系統(tǒng)是用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器的設(shè)備和裝置。兩種定義分別是在不同方面來闡述嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，可以將嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)單的理解為一種軟件和硬件的綜合體，將電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)與具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，是一種體型小巧、功能強(qiáng)大的集成系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)一般指非 PC 系統(tǒng)， 它包括硬件和軟件兩部分，硬件設(shè)備包括處理器和外圍設(shè)備，軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件和應(yīng)用程序。嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心部分，它與通用處理器最大的區(qū)別在于，嵌入式處理器大多工作在為特定用戶群所專門設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它將通用處理器中許多由板卡完成的任務(wù)集成到芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)趨于小型化，同時(shí)還具有很高的效率和可靠性。如今，全世界嵌入式處理器已經(jīng)超過 1000 多種，流行的體系結(jié)構(gòu)有 30多個(gè)系列，其中以 ARM、 PowerPC、 MC 68000、 MIPS 等使用最為廣泛。外圍設(shè)備在嵌入式系統(tǒng)中主要用于完 成存儲(chǔ)、通信、調(diào)試、顯示等輔助功能，如存儲(chǔ)器及外設(shè)器件和 I/O端口、圖形控制器等。嵌入式操作系統(tǒng)通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動(dòng)軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口、通信協(xié)議、圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器等。嵌入式操作系統(tǒng)不僅具有通用操作系統(tǒng)的一般功能，如向上提供對(duì)用戶的接口 (如圖形界面、庫函數(shù) API 等 )，向下提供與硬件設(shè)備交互的接口 (硬件驅(qū)動(dòng)程序 )，管理復(fù)雜的資源系統(tǒng)，同時(shí)它還在系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、硬件依賴性、軟件固化性以及應(yīng)用專用性等方面具有更加鮮明的特點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，嵌入式處理器的多樣化，使嵌入式操作系統(tǒng)的種類繁 多，以適應(yīng)不同的應(yīng)用。常用的嵌入式操作系統(tǒng)有如下幾種： WinCE，Vxworks， Symbian， Linux， uClinux， ETLinux 等。嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，它必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才具有其實(shí)用價(jià)值。 基于 Linux平臺(tái) 用 Qt編譯數(shù)碼相框 6 嵌入式 linux 嵌入式 Linux 是以 Linux 為基礎(chǔ)的嵌入式作業(yè)系統(tǒng)，它被廣泛應(yīng)用在移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理 (PDA)、媒體播放器、消費(fèi)性電子產(chǎn)品以及航空航天等領(lǐng)域中。 嵌入式 linux 是將日益流行的 Linux 操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪修改，使之能在嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行的一種操 作系統(tǒng)。嵌入式 linux 既繼承了 Inter 上無限的開放源代碼資源，又具有嵌入式操作系統(tǒng)的特性。 嵌入式 Linux的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 嵌入式 Linux 是將日益流行的 Linux 操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪修改，使之能在嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行的一種操作系統(tǒng)。嵌入式 Linux 既繼承了 Inter 上無限的開放源代碼資源，又具有嵌入式操作系統(tǒng)的特性。嵌入式 Linux 的特點(diǎn)是版權(quán)費(fèi)免費(fèi) 。購買費(fèi)用媒介成本技術(shù)支持全世界的自由軟件開發(fā)者提供支持網(wǎng)絡(luò)特性免費(fèi)，而且性能優(yōu)異，軟件移植容易，代碼開放，有許多應(yīng)用軟件支持，應(yīng)用產(chǎn) 品開發(fā)周期短，新產(chǎn)品上市迅速，因?yàn)橛性S多公開的代碼可以參考和移植，實(shí)時(shí)性能 RT_Linux Hardhat Linux 等嵌入式 Linux 支持，實(shí)時(shí)性能穩(wěn)定性好安全性好。 Linux 做嵌入式的優(yōu)勢(shì)，首先， Linux 是開放源代碼的，不存在黑箱技術(shù)，遍布全球的眾多 Linux 愛好者又是 Linux 開發(fā)者的強(qiáng)大技術(shù)支持；其次， Linux的內(nèi)核小、效率高，內(nèi)核的更新 速度很快 ,linux 是可以定制的，其系統(tǒng)內(nèi)核最小只有約 134KB。第三， Linux 是免費(fèi)的 OS，在價(jià)格上極具競(jìng)爭(zhēng)力。 Linux還有著嵌入式操作系統(tǒng)所需要 的很多特色，突出的就是 Linux 適應(yīng)于多種 CPU和多種硬件平臺(tái)，是一個(gè)跨平臺(tái)的系統(tǒng)。到目前為止，它可以支持二三十種CPU。而且性能穩(wěn)定，裁剪性很好，開發(fā)和使用都很容易。很多 CPU 包括家電業(yè)芯片，都開始做 Linux 的平臺(tái)移植工作。移植的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 Java 的開發(fā)環(huán)境。也就是說，如果今天用 Linux 環(huán)境開發(fā)產(chǎn)品，那么將來換 CPU 就不會(huì)遇到基于 Linux平臺(tái) 用 Qt編譯數(shù)碼相框 7 困擾。同時(shí)， Linux 內(nèi)核的結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)方面是非常完整的， Linux 對(duì)網(wǎng)絡(luò)中最常用的 TCP/IP 協(xié)議有最完備的支持。提供了包括十兆、百兆、千兆的以太網(wǎng)絡(luò)，以及無線網(wǎng)絡(luò)， Toker ring(令牌環(huán)網(wǎng) )、光纖甚至衛(wèi)星的支持。所以 Linux 很適于做信息家電的開發(fā)。 現(xiàn)今 Linux 已經(jīng)在嵌入式領(lǐng)域顯示了強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。 Linux 是一個(gè)成熟而穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)， Linux 操作系統(tǒng)在短暫的時(shí)間內(nèi)得到迅猛發(fā)展，是與其良好性能分不開的，其主要特性表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面： （ 1）開放性：指系統(tǒng)遵循世界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，特別是遵循開放系統(tǒng)互聯(lián) (OSI 國際標(biāo)準(zhǔn) )。凡遵循國際標(biāo)準(zhǔn)所開發(fā)的硬件和軟件，都能彼此兼容，可方便地實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。 （ 2）多用戶：指系統(tǒng)資源可以被不同用戶各自擁有和使用，每個(gè)用戶對(duì)自己的資源有特定的權(quán) 限，互不影響。 （ 3）多任務(wù)：是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的主要的一個(gè)特點(diǎn)，是指計(jì)算機(jī)同時(shí)執(zhí)行多個(gè)程序，而且各個(gè)程序的運(yùn)行互相獨(dú)立。 Linux系統(tǒng)調(diào)度每一個(gè)進(jìn)程，平等地訪問微處理器。 （ 4）良好的用戶界面： Linux 向用戶提供了 3 種界面：傳統(tǒng)操作界面、系統(tǒng)調(diào)用界面和圖形用戶界面。 Linux的傳統(tǒng)操作界面是基于文本的命令行界面，即 Shell。 （ 5）設(shè)備獨(dú)立性：是指操作系統(tǒng)把所有外部設(shè)備統(tǒng)一當(dāng)作文件看待，只要安裝它們的驅(qū)動(dòng)程序，任何用戶都可以像使用文件一樣，操縱、使用這些設(shè)備，而不必知道它們的具體形式。這種設(shè)備獨(dú)立性簡(jiǎn)化增加 新設(shè)備的工作。 （ 6）良好的移植性：經(jīng)過內(nèi)核開發(fā)者的努力， 內(nèi)核已經(jīng)可以支持多種處理器平臺(tái)，從大型計(jì)算機(jī)到有關(guān)體系結(jié)構(gòu)的微型計(jì)算機(jī) 。 針對(duì) Linux 內(nèi)核的上述特點(diǎn)和在嵌入式開發(fā)領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)功能要求的不斷提高， Linux系統(tǒng)逐漸成為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的首選操作系統(tǒng)。 嵌入式 linux 內(nèi)核 Linux 的低成本和開放性，使其廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域。本節(jié)著重介紹 內(nèi)核的新特性及其嵌入式應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。實(shí)時(shí)性和可靠性是嵌入式應(yīng)基于 Linux平臺(tái) 用 Qt編譯數(shù)碼相框 8 用較為普遍的要求，盡管 并不是一個(gè)真正的實(shí)對(duì)操作系統(tǒng)，但其改進(jìn)的特性能夠滿足響應(yīng)需求。 已經(jīng)在內(nèi)核主體中加入了提高串?dāng)嘈阅芎驼{(diào)度響應(yīng)時(shí)間的改進(jìn)，其中有三個(gè)最顯著的改進(jìn)：采用可搶占內(nèi)核、更加有效的調(diào)度算法以及同步性的提高。在嵌入式領(lǐng)域， 提高了其實(shí)時(shí)性能，添加了新的體系結(jié)構(gòu)和處理器類型，還改善了 I/O 子系統(tǒng)，等等，并且增添更多的多媒體應(yīng)用功能。 linux 內(nèi)核描述 操作系統(tǒng)是一個(gè)用來和硬件打交道并為用戶程序提供一個(gè)有限服務(wù)集的低級(jí) 支撐軟件 。一個(gè) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 是一個(gè)硬件和軟件的共生體，它們互相依 賴，不可分割。計(jì)算機(jī)的硬件，含有外圍設(shè)備、處理器、內(nèi)存、硬盤和其他的電子設(shè)備組成計(jì)算機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)。但是沒有軟件來操作和控制它，自身是不能工作的。完成這個(gè)控制工作的軟件就稱為操作系統(tǒng)，在 Linux 的術(shù)語中被稱為 “ 內(nèi)核 ” ，也可以稱為 “ 核心 ” 。 Linux 內(nèi)核的主要模塊 (或組件 )分以下幾個(gè)部分：存儲(chǔ)管理、 CPU 和進(jìn)程管理、文件系統(tǒng)、設(shè)備管理和驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)通信，以及系統(tǒng)的初始化 (引導(dǎo) )、系統(tǒng)調(diào)用等。 Linux 最早是由芬蘭人 Linus Torvalds 設(shè)計(jì)的。當(dāng)時(shí)由于 UNIX 的 商業(yè)化，Andrew Tannebaum 教授 開發(fā)了 Minix 操作系統(tǒng)以便于不受 ATamp。T 許可協(xié)議的約束，為教學(xué)科研提供一個(gè)操作系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)發(fā)布在 Inter 上，免費(fèi)給全世界的學(xué)生使用。 Minix 具有較多 UNIX 的特點(diǎn)，但與 UNIX 不完全兼容。 1991 年 10 月5日， Linus 為了給 Minix 用戶設(shè)計(jì)一個(gè)比較有效的 UNIX PC 版本，自己動(dòng)手寫了一個(gè) “ 類 Minix” 的操作系統(tǒng)。整個(gè)故事從兩個(gè)在端終上打印 AAAA...和BBBB...的進(jìn)程開始的，當(dāng)時(shí)最初的內(nèi)核版本是 。 Linus Torvalds 將它發(fā)到了 Minix 新聞組，很快就得到了反應(yīng)。 Linus Torvalds 在這種簡(jiǎn)單的任務(wù)切換機(jī)制上進(jìn)行擴(kuò)展，并在很多熱心支持者的幫助下開發(fā)和推出了 Linux 的第一基于 Linux平臺(tái) 用 Qt編譯數(shù)碼相框 9 個(gè)穩(wěn)定的工作版本。 1991 年 11 月， 版本推出， 版本隨后在1991 年 12 月推出，當(dāng)時(shí)將它發(fā)布在 Inter 上，免費(fèi)供人們使用。當(dāng) Linux非常接近于一種可靠的 /穩(wěn)定的系統(tǒng)時(shí)， Linus 決定將 版本稱為 版本。 1994 年 3 月 ,正式的 Linux 出現(xiàn)了，這差不多是一種正式的獨(dú)立宣言。截至那時(shí)為止，它的用戶基數(shù)已經(jīng)發(fā)展得很大，而且 Linux 的核心開發(fā)隊(duì)伍也建 立起來了。 Linux 內(nèi)核本身并不是操作系統(tǒng) ， 它是一個(gè)完整操作系統(tǒng)的組成部分 。 Red Hat、 Novell、 Debian 和 Gentoo 等 Linux 發(fā)行商都采用 Linux 內(nèi)核，然后加入更多的工具、庫和應(yīng)用程序來構(gòu)建一個(gè)完整的操作系統(tǒng) 。 Linux 發(fā)行商一般會(huì)根據(jù)自己的需要對(duì)基本內(nèi)核進(jìn)行定制，在一些情況下，不同的 Linux 版本會(huì)在自己的內(nèi)核中加入主內(nèi)核中沒有的特性和支持，如 Red Hat 將部分 內(nèi)核的特性向前移植到它自己的 內(nèi)核中；再如 Ubuntu Linux 版本最近在Ubuntu 的 內(nèi)核中增加了對(duì) Sun T1 處理器的支持，而這種支持目前還沒有出現(xiàn)在主內(nèi)核中。 linux 內(nèi)核系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) Linux 內(nèi)核主要由 5 個(gè)模塊構(gòu)成，它們分別是：進(jìn)程調(diào)度模塊、內(nèi)存管理模塊、文件系統(tǒng)模塊、進(jìn)程間通信模塊和網(wǎng)絡(luò)接口模塊。 進(jìn)程調(diào)度模塊用來負(fù)責(zé)控制進(jìn)程對(duì) CPU 資源的使用。所采取的調(diào)度策略是各進(jìn)程能夠公平合理地訪問 CPU，同時(shí)保證內(nèi)核能及時(shí)地執(zhí)行硬件操作。內(nèi)存管理模塊用于確保所有進(jìn)程能夠安全地共享機(jī)器主內(nèi)存區(qū)，同時(shí)，內(nèi)存管理模塊還支持虛擬內(nèi)存管理方式，使得 Linux 支持進(jìn)程使用比實(shí)際內(nèi)存空 間更多的內(nèi)存容量。并可以利用文件系統(tǒng)把暫時(shí)不用的內(nèi)存數(shù)據(jù)塊交換到外部存儲(chǔ)設(shè)備上去，當(dāng)需要時(shí)再交換回來。文件系統(tǒng)模塊用于支持對(duì)外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)和存儲(chǔ)。虛擬文件系統(tǒng)模塊通過向所有的外部存儲(chǔ)設(shè)備提供一個(gè)通用的文件接口，基于 Linux平臺(tái) 用 Qt編譯數(shù)碼相框 10 隱藏了各種硬件設(shè)備的不同細(xì)節(jié)。從而提供并支持與其他操作系統(tǒng)兼容的多種文件系統(tǒng)格式。進(jìn)程間通信模塊子系統(tǒng)用于支持多種進(jìn)程間的信息交換方式。網(wǎng)絡(luò)接口模塊提供對(duì)多種網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)的訪問并支持許多網(wǎng)絡(luò)硬件。 這幾個(gè)模塊之間的依賴關(guān)系如圖 21 所示。其中的連線代表它們之間的依賴關(guān)系，虛線和虛框部分表示 Linux 中還未實(shí)現(xiàn)的部分 (從 Linux 版才開始逐步實(shí)現(xiàn)虛擬文件系統(tǒng)，而網(wǎng)絡(luò)接口的支持到 版才有 )。 圖 2 1 Linux內(nèi)存系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)及相互依賴關(guān)系 由圖可以看出，所有的模塊都與進(jìn)程調(diào)度模塊存在依賴關(guān)系。因?yàn)樗鼈兌夹枰揽窟M(jìn)程調(diào)度程序來掛起 (暫停 )或重新運(yùn)行它們的進(jìn)程。通常，一個(gè)模塊會(huì)在等待硬件操作期間被掛起，而在操作完成后才可繼續(xù)運(yùn)行。例如，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程試圖將一數(shù)據(jù)塊寫到軟盤上去時(shí)，軟盤驅(qū)動(dòng)程序就可能在啟動(dòng)軟盤旋轉(zhuǎn)期間將該進(jìn)程置為掛起等 待狀態(tài)，而在軟盤進(jìn)入到正常轉(zhuǎn)速后再使得該進(jìn)程能繼續(xù)運(yùn)行。另外 3個(gè)模塊也是由于類似的原因而與進(jìn)程調(diào)度模塊存在依賴關(guān)系。 其他幾個(gè)模塊的依賴關(guān)系有些不太明顯，但同樣也很重要。進(jìn)程調(diào)度子系統(tǒng)需要使用內(nèi)存管理來調(diào)整一特定進(jìn)程所使用的物理內(nèi)存空間。進(jìn)程間通信子系統(tǒng)則需要依靠?jī)?nèi)存管理器來支持共享內(nèi)存通信機(jī)制。這種通信機(jī)制允許兩個(gè)進(jìn)程訪問內(nèi)存的同一個(gè)區(qū)域以進(jìn)行進(jìn)程間信息的交換。虛擬文件系統(tǒng)也會(huì)使用網(wǎng)絡(luò)接口來支持網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng) (NFS)，同樣也能使用內(nèi)存管理子系統(tǒng)提供內(nèi)存虛擬盤 (ramdisk)設(shè)備。而內(nèi)存管理子系統(tǒng)也會(huì)使用 文件系統(tǒng)來支持內(nèi)存數(shù)據(jù)塊的交換操作 [6] 。 基于 Linux平臺(tái) 用 Qt編譯數(shù)碼相框 11 內(nèi)核的特點(diǎn) 一般地，可以從 Linux 內(nèi)核版本號(hào)來區(qū)分系統(tǒng)是否是 Linux 穩(wěn)定版還是測(cè)試版。以版本 為例， 2 代表主版本號(hào)， 6 代表次版本號(hào)， 0 代表改動(dòng)較小的末版本號(hào)。在版本號(hào)中，序號(hào)的第二位為偶數(shù)的版本表明這是一個(gè)可以使用的穩(wěn)定版本，如 ，而序號(hào)的第二位為奇數(shù)的版本一般有一些新的東西加入，是個(gè)不一定很穩(wěn)定的測(cè)試版本，如 。這樣穩(wěn)定版本來源于上一個(gè)測(cè)試版升級(jí)版本號(hào)， 而一個(gè)穩(wěn)定版本發(fā)展到完全成熟后就不再發(fā)展。 Linux 內(nèi)核是 Linux 操作系統(tǒng)中最核心的部分，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件部件的編程控制和接口操作 。 內(nèi)核相對(duì) 內(nèi)核，優(yōu)點(diǎn)更加突出： （ 1）模塊子系統(tǒng)（ Module Subsystem）、統(tǒng)一設(shè)備模型（ Unified Device Model）和 PNP 支持模塊子系統(tǒng)發(fā)生了重大變化。 （ 2） 穩(wěn)定性有所提高 ： 為了徹底避免內(nèi)核加載或者導(dǎo)出正在被使用的內(nèi)核模塊，或者至少為了減少加載或者卸載模塊的同時(shí)使用該模塊的可能性（這有時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰），內(nèi)核加載和導(dǎo)出內(nèi)核模 塊的過程都得到了改進(jìn)。 （ 3） 統(tǒng)一設(shè)備模型 ： 統(tǒng)一設(shè)備模型的創(chuàng)