1、嵌入式Linux概述摘要 本文我将论述一下嵌入式Linux目前的发展趋势（状况）。我将概述Linux是什么，嵌入式Linux系统与桌面系统有什么不同的特点。然后，我将详细地论述六个关键领域： 配置 实时性图形用户界面 开发工具支持 经济性 技术支持选项 下面，我将比较嵌入式Linux与Windows CE的实时性，操作系统映像大小和内存需求。然后我会讨论一些基于嵌入式Linux的零售设备并与大家讨论一下关于嵌入式Linux一些大概的评论 。 简介 除非你在过去的几年里一直与世隔绝， 你一 过Linux操作系统。作 的Windows 在 开 的 ， 经在 开发和系统 ， 的非技术性 curren
2、cy1和“的讨论。 Linux系统fifl的时 ， 是 在特x”的 式。用Linux操作系统的Linus o ds 过的一：Linux操作系统 ， 将 会 在 有一 E 的 C 。 的 世 ， 非 。 的Linux 经 不同的 并 在 并不 有 的 。些设备 有 用的 系统， 有， 程序和用来跟踪旋风的数据收集单位。正是些类型的系统，统称 嵌入式Linux 。 在下一节我会关注嵌入式Linux系统和 的堂兄弟桌面Linux系统间的 别。然后，我要 详细描述嵌入式Linux在：配置，实时性， GU s ，开发工具的支持，经济性，和技术支持六个方面的特点。然后，我将比较一下基于同样配置的嵌入式Li
3、nux内 与Windows CE内 的大小和实时性特征。 然后，我将讨论三个基于嵌入式Linux的有趣的设备：光学遥测系统， et e 和 BM公司的掌研究项目 itsy 。我会再总结了一些一般性意见的作用和未来的嵌入式Linux 。 是什么让Linux成 嵌入式 ？ 迄 在篇文章里我 经 使用了 嵌入式Linux ，但我还 有真正确 个词的 义。是不是果系统不是 启动的就可 称 嵌入式系统？是不是所有 启动的系统都不是嵌入式系统？本节将列fl五个不同的嵌入式系统，来解答类 题。注意，些设备都不是用于Linux 的，但都具有嵌入式系统的普遍特征。 历史看，嵌入式系统的界 经成 一个巨大的，有
4、议的灰色地带。 “的讨论 经涉 某一特 系统是不是 嵌入式 -尤其是在各方自酗酒和大量的怪胎参加。我即将论述的些属性特点肯 不能让所有人都满意，但是一个 ， 足 明确 分所有的嵌入式系统，更加全面的描述是 有必要的。 五个嵌入式系统 都有的属性是： 启动和储存 B OS 空间占用和 内存有限 内存 少量特 的应用 你第一启动和 嵌入式系统时自举是第一个需要解决的 题。给 时 会发什么 ？ 些 关注桌面系统的用户和开发 少 在嵌入式系统 关 要的议题。 大 数嵌入式系统都是非 类启动的。些可能是 s 存储，是 存储EE OM。 ， 设备可能不是内 存储介 启动的， 是在启动时下 操作系统映像。内
5、存可 在系统 时存储数据，非 性存储 s 存储可在系统关 时存储数据。 嵌入式系统 不使用 类存储， 是 动的能 和 方面不要求。与 s 存储比 需要 更 的能 ， 。在经济，在节成本 然比存，但 currency1的嵌入式系统 少需要几个GB的存储， 有几个节的 s 存储是一个更“的解决。 基本入 fl系统（ B OS ）是 一个 要的 ，fi 大 数人所fl 。 的作用是 C的内置 ，并 基本的 操作 。一个 型的桌面操作系统，Linux ，是在B OS的，需要”分用 。在嵌入式系统 你 有的B OS，在操作系统内 启动 前，你必 动你的 一个可 的状。不是一个大 题。 少有嵌入式 会 有
6、一个和 C一样的 ， 更 配置。 都会 让你能 应并让系统启动和 来。 正我前面 的，嵌入式系统并不需要目前大 数 式 样的大量内存和存储。一些嵌入式系统 需要几节的 M和 OM就能 ， 大不过几 节。与一个 有看 限 的桌面系统去 ， 是一个程序桌面系统过 嵌入式系统 大的 。 内存 是嵌入式系统 一个巨大的 别。于储存要求 ， 有存 文 需要的 内存系统。 ，嵌入式系统 的各 ，其一些不具备 内存所必 的内存 单 。， 注意的是，嵌入式Linux可同时满足些要求。 Linux系统都可在操作系统映像的时 将 内存大小设置 来除 文 。 ， 后的Linux系统不需要MMU 。 uCLinux操
7、作系统 在 位 ， 有MMU并 使用 内存 。 后，嵌入式系统 是 一系列 设 的。 可能 有 用户界面， 有几个 。用户 和 除了 的 ，系统的 目的 是 了 几个特 的 。与 比的是桌面 系统，用户 可 和 的自 义 ，并能成系统设 来 有过的 。 明 我不能了实时性方面的 题。然在世界是一个的题，但是 嵌入式系统来 并不是一个普遍的要求。 嵌入式系统 有 的实时要求，是能全满足大 分用户的操作系统。嵌入式Linux有实时 系统的选项，我将在下面的章节里讨论。 嵌入式Linux详 在未来数节，我将在六个具领域里讨论嵌入式Linux的细节。些领域 了Linux在嵌入式系统 的各个方面的作用。
8、目标是解决系统规约 维修的整个命周期内各个阶的 题。其 的一些 题，经济性和技术支持，在整个系统开发过程 ，是非技术性的却又 要的 题， 配置 能够 特 设备 操作系统是嵌入式系统一个非 要的特征。你一 不想你的系统映像 一个你不需要的几 节的图形用户界面支持。将内 裁剪 能够满足所有需求的fi可能小的积，将是一个设 师在 能够启动和 后所要面临的第一个 ， 将是一个非 艰难的 。 配置嵌入式Linux系统与配置桌面Linux系统并 太大的 别。系统过程 使用简单的文本文 来选择 的组 。 模 用于在系统启动时 所选 系统。还可 在 时动加 和卸 模 ，来 必要的可选组 。 灵活的配置方式 嵌
9、入式系统是非 有益的。 不仅可 让你动地添加和删除可选组 ， 可 让你做 分更 。把系统分成几个可单独加 的模 ， 不是单一模 ，样就可 在不需要变整映像的 况下升级添加 的模。特别是在你的设备连接 时， 能进 程更 。 Linux 模 有一个缺点， 有潜在的稳 性 题。于模 是动整 Linux内 ， 能”分用操作系统的 却不能获 内存保护。 于 有MMU 的设备不是 题。 ，于系统是一个闭 环， 了更 维护系统的整性，用户不能在空闲时 的模 。 实时性关于 实时性 有 ，所 我会在描述Linux的实时功能前 进 义。关于 实时 我的 解是在确 的时间界限内执 一个 断和应的 断服 程序。其
10、，下文切时间和系统时钟粒 ，与关，但不是 题。 一般 况下，实时的性可分 两大类： 实时和 实时。 实时意味着迟 的响应是错误的响应。果系统不在规 时间内响应 断， 么在可预见的时间内就有可能发灾难性的 。 实时， 一 就是响应迟 不会有 可怕的后果，但 有在确 的时间内响应 断才能获 佳性能。 要的是要记住，然实际数是 要的，但实时性的特征，实际更 的是关于一 与 的 比。 基础的Linux内 不是实时的。不能保证在确 的时间内 断请求，延迟有可能会 长，取决于 断发时系统的负 况。 Linux是 具有 实时特性 设 的Linux内 。 Linux是 墨 哥技术学院的Mic e Bbno和V
11、icto Yodiken于997年 月 发布， 不是一个单独的，修后的Linux内 版本。在 所有可能后， 认 是维护性和性方面的噩梦。 Linux设 成一个小的、独的实时内 ， 一套用于替Linux内 的 程，启用和禁用 断的模 。 Linux的还 了一个 ，允 用户在实时内 里 ，并可 过 Os共享内存的方与Linux内 里的进程 信。 图描述了系统是工作的 。Linux内 调用CL S 时 Linux会禁启动 断，些 断请求currency1送 Linux的一个进程 并记住目前Linux的 断状。 断发时， 总是 Linux的内 接 ，然后currency1递给Linux内 ，果Linu
12、x内 不 断启用。允 Linux在 有Linux内 阻碍的 况下能一直 个 断都作fl响应。 使 Linux内 嵌套 断的 题 解决， Linux总是 看 断并确保内 不会 进入内 。Linux的并非是个 技场里唯一的成 。实时应用程序接口（ ）采取了类 的做扩展现有的Linux内 的实时功能。 有几个不属于 Linux 有普 的特点， 期 时。有currency1言 两个产品将会在未来的某个版本里 二 一。 Linux和 目前 有一些功能存在 题。 ， 然些功能特性都是后来加去的， 不是作 固有的组成 分 设 的。然 Linux “地成了预 的目标，但 往往 是有益于某些类别的应用，数据采集
13、， 不是更普遍用。 一个 题是， Linux 解决优 级倒置一 题，可能会 成的错误， 错误 难和跟踪。 图 ：基于模 设 的 Linux 图形用户界面 随着 式 经越来越依赖于GU s ， 不是基于文本 式的接口， 嵌入式系统 有了图形用户界面。一个 有GU 的嵌入式系统可能会有 不同的选择，分辨 ，可选的VG fl 口，一个全集成的 ，不 是 的。fi 与桌面GU s的概 类 ，嵌入式系统还是有自 独特的要求的，内 积。 Linux操作系统在GU s领域一直 场分 的 。然在 Window基本成 了 实标 ，但 然有 的 Win 的模和Windows 9 界面 。嵌入式系统然是 使用些 式
14、 的系统，但 有一些产品 特 需求的嵌入式系统。 Lineo系统是嵌入式Linux的一个发 版， 功能和 支持。 一个自 义工具用来一个嵌入式GU 。 Micowindows和 noGU 是两个公共开 项目， 共同 了一个在Linux系统使用的 的Win 真程序 。然，还有其 的选择，些 是 的一 。 嵌入式设备在 GU 时，选择一 不同的 。于 和 ntenet连接是 普遍， 系统都 Web服 ，并 过 ML 式 用户界面。使用户可 在 地点 都能 过 程 设备。还有，不 设备的大小和形状都 有 少的要求， 有 。 开发工具支持 开发工具，嵌入式Linux开发可 是两全其。 不仅可 使用与桌
15、面系统同的G U工具， 还可 使用同的 调工具， 些 一直在用的工具。currency1不必更currency1的“分 你切 了嵌入式Linux 。 G U 了，调，fi程序和fl接程序，能够支持各 各样的 ，是 开 一个 “的证明。 不仅是经过时间 的，并 是 的，还 ， 就是 ，果你想 一个 的 ，你可 自地执 支持的未使用过的。 少有其 嵌入式操作系统可 做 一点， 需要一点调程序的时间， 不需要预 。 有点阻碍的是，大 分G U调是基于文本 式的， 灵活的 在不同的 。 ， 经有 人 了G U内 调的，并 难使用，特别”人的是在开发嵌入式系统设备 动程序一点是非 普遍的。 于uCLin
16、ux操作系统的用户来 ， 一个 别在于 采用了一 特 的可执 文 式。于 有 内存，可执 程序不能地 ，所有的支 都必 使用动地 （ C ）来成。果你的 不支持 C功能，就需要一个的连接和修调工具。 经济 一般 言Linux 人的地方就在于 是 的。然你可 公司发的具有更“的 界面 加功能的版本，但是Linux的 是可 下 的，并 G U再发 可证。 论是面 式 还是嵌入式Linux都是可 的，但在嵌入式方面还有一些 的 题需要 。 再分发你的 的嵌入式Linux是 需要支版 ，取决于你使用的Linux系统的 应。Lineos Ebedix的版 是随着不同的操作系统功能和 的 GU 工具和We
17、b 变的。 ，不 在正 Linux发 版内的某些特 设备的 动程序，可 公司 。然你可 自 动程序，但是可 用 有 并产品 时间总是会使你在 自 选择了更 方式。 述 ，currency1的嵌入式Linux产品可能在支了版 后还是 不 全的自。 来 一个”人关注的 题 经在Linux 发了 讨论，实际Linux是有的。然 Linux的作 经fl，不会有基于的版 的要求在际更详细的Linux面 议 在 。 技术支持选项 一个让人 的大 题是，使用不同公司发 的操作系统的技术支持 么。发现BUG和 fl现 的时 你是 会 有一个集 的组 可 求 ？我认 ， 况嵌入式Linux实际比 系统要“ 是
18、嵌入式Linux的开 性 使 在方面的状更 。currency1要跟踪一个讨 的错误的时 一个不可取的 是 过 。 有少数的 操作系统会 开发 开 ，更少有 操作系统会允 在修添加 功能。第二个 在Linux技术支持有更 的有经的人来 答 题。 讨论组和 讨论 经 大的桌面Linux程序 和同样 的嵌入式Linux程序 证明了 的 。随着Linux在 式 和嵌入式系统的 益普 ，开发所能 的 同和收益都会随 长。 然，果你确实想要的一个单一的称， 时的 fl错，嵌入式Linux 经 。 Lineo 用户 版Linux的技术支持，还有几个公司同样 。个 版都有自 的应过程，但 肯 能让你的Lin
19、ux更加 标 更加稳。然，一切都不是 的。 公司 的 版Linux 具有较的成本，并 可能需要 其 的 分组 支使用 。 比较Windows CE和嵌入式Linux 系统积和性能是关键， 要的是要了解嵌入式Linux是 样成 一个 的。 比较了嵌入式Linux与Windows CE的实时性和内 积 内存占用。长 断 时间 单位 可内 积 可内 小内存需求嵌入式Linux 错误：用 未 B MBWindows CE MB MB ：比较Windows CE和嵌入式Linux 在个比较 ， 断延迟 是 断发 系统响应 断的时间。 ，两 系统都使用能支持全 功能的 小内 。我 内 大小的别并不 ，使我
20、 的是 发布的Windows CE 在实时性方面明 现的更“。全 场 然，一切都是 了 一些有趣的和有用的 。在本节 我将看 两个用设备和一个研究设备，都是基于嵌入式Linux 系统的。 光学遥测系统是本章讨论的三个系统 积 大，使用 模不的一个。有一个MB的 ，大量内存并 ，光学遥测系统有 个 口，一个 太接口，两个” b s的同接口和”个入 fl 口用来和发送报警信号。个系统是嵌入式Linux在 应用的一个 “的 ，能够支持 和 信方式。 E te 系列是一 积比O S小 的基于Linux的设备。 使用一个9Mz 的Co d ie uCLinux的 E te 系列支持 个 口， 个 太 口
21、， 个 C 插槽， 个USB 口的各 配置并使用LE 状信息。 产品 需要MB的存和 MB的内存就能启动。Co d ie 是 有MMU的; ， 系统不使用 存储寻 。 产品的作 全意想不 的是，作 一个有趣的 经 人展了使用的LE 动 转并 将变成了M 播 。 绝 是个currency1才！ 柏 tsy的积比 E te 小 ，但功能却 大 。 有一张信用卡大小，大约有一节9伏池 么厚， tsy使用一枚 - Mz的Stong S 并 有 MB的内存和 MB的 s OM 。 还一个口， USB和 口与 世界沟 。 tsy一个 要的研究方 是降能 的型号 经可 使用USB 口 内 的池进 ”。 然一
22、切都是 在嵌入式Linux的。 版内 基础，研究人 又 加了 的 动程序和一个的存文 系统。 还在内 里添加特的存储和 功能，是开 操作系统不 的。 tsy目前 是一个研究项目，并 在可预见的时间内 不可能 。然 ，我 然希望会成 不 的将来 柏公司fifl的 产品的基础。仅仅是嵌入式Linux设备的 一 。看来， 将称 www inuxdeices co一个 的题，比过去的更加有趣和独特。 结论 总的来 ，我认 嵌入式Linux的前途是光明的。能够 于 不同的 不需要MMU和的成本是 要的 。 ，其 欢迎程 是迅 升，并 开发都在迅 积累经。然朵玫瑰 周都布满荆棘。嵌入式Linux的 场是非
23、 分 的，比 其 操作系统， 需要花 更 的 力去寻 你设 的配置。 位 和小的积地需求 一些嵌入式设备来 还是太大了。然嵌入式Linux 在应设备的数量方面打 赢了Windows CE，但两 间是有 大的 叠的。嵌入式系统 场在过去几年里成爆炸式 长，Linux 是个 场的 。看着 展开是 有意思的 。An Overview of Embedded LinuxAndrew TCSE 585March 2000AbstractIn this paper I will discuss the current state of embedded Linux. Ill outline what Li
24、nux is andwhat characteristics make an embedded Linux system different from a desktop system. I will thendiscuss details in six key areas: Configurability Real time performance Graphical user interfaces Development tool support Economic considerations Technical support optionsFollowing that I will c
25、ompare the real time performance, OS image size, and RAM requirementsof embedded Linux with that of Windows CE. Ill then discuss some retail devices based onembedded Linux and conclude with some general observations on embedded Linux.IntroUnless youve been living under a rock for the last few years,
26、 youve no doubt heard of Linux.Touted as the open source competitor to Microsofts Windows NT, it has been much hype anddiscussion in both the software development and system administration communities, as well asmainstream non-technical news media. When first introduced, Linux was specifically targe
27、ted to desktop PCs running an Intel 80x86 orcompatible microprocessor. Linus Torvalds, the inventor of Linux, was quoted as saying “Linuxwill never run on anything but a PC with an IDE hard disk since that is all that I have”. Lookingback from the state of things here in the 21st century, the quote
28、is quite humorous. Today Linuxhas been ported to many different microprocessors and runs on platforms that dont include anyhard disk at all. These devices are not even general purpose computer systems and include thingssuch as network routers, heart monitors, and data collection units for tracking t
29、ornadoes. It isthese type of systems that have collectively come to be labeled as “Embedded Linux”.In the next section Ill look at what distinguishes an embedded Linux system from its desktopcousins. I will then discuss the features of embedded Linux in six areas: configurability, real timeperforman
30、ce, GUIs, development tool support, economic considerations, and technical supportoptions. I will then compare the size and real time characteristics of an embedded Linux kernelwith that of a similarly configured Windows CE kernel. I will then discuss three interesting devices based on embedded Linu
31、x: an optical telemetrysystem, the NetTel router, and the IBM handheld computer research project “itsy”. Ill then wrapup with some general observations on the usefulness and future of embedded Linux.What makes Linux embedded?So far in this paper Ive used the term “embedded Linux”, but I havent reall
32、y defined what itmeans. If a system is booted from media other than a hard disk does that make it an embeddedsystem? Are all systems booted from hard disks not considered an embedded system? Thissection will lay out five distinguishing properties of an embedded system that answers these typeof quest
33、ions. Note that none of these properties are specific to Linux, but are generalcharacteristics of all embedded systems. Historically, the qualifications of embedded systems have been a large, controversial gray area.Many a heated discussion has involved whether or not a given system is “embedded” es
34、peciallyat parties with free alcohol and a high number of geek attendees. The properties I will describeshortly will certainly not satisfy everyone. They are general rules of thumb, and are neithernecessary nor sufficient to unambiguously distinguish all embedded systems.The five properties that are
35、 generally found in an embedded system are: Diskless media for booting and storage Lack of BIOS Footprint and runtime memory restrictions Memory management Dedication to a small number of tasksBootstrapping is one the first areas that has to be addressed when you are first getting anembedded system
36、up and running. What happens first when the hardware is powered up? Usersand developers who have only dealt with desktop computer systems rarely, if ever, have to thinkabout this topic but it is of the utmost importance in an embedded system. Most embedded systems boot from some type of diskless med
37、ia. The media can be something likeFlash memory, which is read/write, or read only memory such as an EEPROM. Alternatively, thedevice may not boot from internal media at all, but instead download the operating system imageover a network when it is powered up. RAM can be used to store data while the
38、system isrunning, but a persistent, non-volatile media such as Flash needs to be available to store data whilethe system is powered off. The reason that embedded systems typically dont use disk based media such as a hard drive is formostly for power consumption and speed reasons. Hard disks consume
39、a lot more watts that arerequired to drive Flash memory and are significantly slower. Economically, hard disks certainlybeat Flash in a cost per byte comparison but embedded systems rarely needs the multi-gigabytestorage of todays hard drives and a few hundred kilobytes of Flash is a much better sol
40、ution.The Basic Input/Output System (BIOS) of a PC is a significant piece of software that goescompletely unnoticed by most people. Its job in life is to initialize the built-in hardware in the PCand provide primitive operations for communicating with that hardware. A typical desktop OS,including Li
41、nux, is built on top of the BIOS and takes full advantage of it. In an embedded systemyou dont have the luxury of BIOS and you must manually initialize your hardware to a workablestate before the OS kernel starts running.This isnt as big a problem as it seems. Very few embedded hardware platforms ar
42、e as complex asthe motherboard architecture of a typical PC and they are usually much easier to configure. Manytimes the manufacturer of the hardware provides sample code that quickly is adapted to get thesystem up and running.As we mentioned earlier, embedded systems dont need the huge amounts of m
43、emory and storagethat is present on most desktop. Some embedded systems run with only a few hundred bytes ofRAM and ROM, and most dont utilize more than a few megabytes. This is a far cry from theseemingly infinite resources of desktop systems, and is one of the biggest stumbling blocks fordesktop p
44、rogrammers transitioning to embedded systems.Memory management is another big area that distinguishes an embedded system. Since storagerequirements are tight, theres no place for the swap file usually required by a virtual memorysystem. Additionally, embedded systems run on a variety of microprocess
45、ors, some of which donot have the memory management unit necessary to implement virtual memory. As a side note, it is interesting to note that embedded Linux meets both these requirements. AnyLinux system can eliminate the swap file requirement by setting the size to zero when theoperating system im
46、age is built. Additionally, Linux has been modified so that it does not requirean MMU. uCLinux runs on a variety 32-bit microprocessors that do not have an MMU and useonly physical memory addressing.Finally, an embedded system typically is tailored to perform a dedicated series of tasks. They maynot have any user interface other than a few indicator lights. The user cannot install and run anycustom software other than that which the system was originally designed to run. This i
