1、嵌入式 Linux 系统开发模式摘要: 嵌入式 Linux 是指固化在存储器或单片机中、执行独立功能的专用 Linux 操作系统。嵌入式 Linux 以源码开放，容易移植，成为嵌入式领域最有发展前景的嵌入式操作系统 本文首先简单介绍嵌入式 Linux 的定义、系统软件和硬件操作平台，重点论述了嵌入式Linux 系统开发模式，并提出一种基于 arm 芯片和 uClinux 操作系统的新型开发模式。关键词: 嵌入式 Linux; 系统软件和硬件操作平台; 开发模式1 嵌入式 Linux 系统的定义嵌入式系统是指嵌入到对象体系中执行独立功能的专用计算机系统 嵌入式系统的 3 个基本要素是专用性、计算
2、机系统和嵌入性，包括定时器、存储器、传感器、微控制器、微处理器等一系列器件与微电子芯片以及嵌入在存储器中的控制应用软件、微型操作系统，共同实现诸如数据处理、实时控制、管理、监视、移动计算等各种自动化处理任务 嵌入式 Linux( Embedded Linux) 系统是指对 Linux 经过裁剪小型化后，可固化在存储器或单片机中，应用于特定嵌入式场合的专用 Linux 操作系统。2 嵌入式 Linux 系统开发平台2.1 系统软件操作平台嵌入式系统由于受到硬件的限制，硬件资源非常稀少，如 CPU 主频较小、内存容量较低、固态电子盘芯片 DoC( Disk on Chip) 容量较小或 DoM(
3、Disk on Module) 替代磁盘等 在使用电池的系统中，它还要实现低功耗，减少耗电量，从而延长电池使用时间 嵌入式 Linux 系统提供的基本内核和所需要的用户界面可以完成最基本的嵌入式功能，用来处理嵌入式任务和用户界面 可以将 Linux 操作系统看作是一个具有切换任务、管理内存和时间服务及其他分拆的微内核到完整的服务器，一个支持所有的文件系统和网络服务的连续统一体。2.2 系统硬件平台硬件成本问题一直是开发者需要关注的重要问题 考虑硬件成本时，不仅要考虑 CPU 部分的成本，而且要考虑到产品的全部成本 嵌入式软件系统应先确定系统硬件平台，即先确定微处理器 CPU 的型号，这是第一步
4、也是最重要的一步 选定合适的 CPU 之后，再加上延时电路和总线逻辑，构成一个完整的系统之后，使它与外设一起工作，这样就会增加硬件系统的成本。3 嵌入式系统典型开发模式嵌入式系统是一个专用系统，构造和原理比较复杂，系统开发之前必须先明确定义系统的内部软硬件结构和实现的外部功能; 然后才能进行系统的分割设计，分别实现硬件设计与规划、操作系统的裁剪以及用软件的规划与设计; 在操作系统裁剪和应用软件编码等工作任务完成后，通常还要将它们进行功能模拟、远程调试，方法是先移植到相同系统结构的 CPU 的硬件平台上; 模拟、调试等操作完整无误后，最后的工作才是完成系统的集成，目的是将操作系统和应用软件移植到
5、开发的专用硬件平台上。4 嵌入式 Linux 系统开发模式Linux 系统是源代码开放的系统，由于这个原因开发过程中可以使用的软件和开发工具非常丰富，从最底层与系统硬件直接打交道的引导装载程序，到分发版的 Linux 操作系统，再到上层的图形用户界面( GUI) 乃至最上层的应用程序，可供选择的软件多不胜数。目前，开发者一般不直接在嵌入式系统的硬件平台上直接编写软件，这样难度较大，不容易完成，一般采用的方法是，先在通用计算机上编写调试程序，再通过交叉编译等步骤，生成二进制代码格式，这种格式在目标平台上是可运行的，最后把它下载到系统特定位置上，运行在目标平台上，具体步骤如下:1) 嵌入式 Lin
6、ux 系统交叉开发环境的建立交叉开发环境是指链接、编译和调试嵌入式应用软件的环境 它与运行嵌入式应用软件的环境有所不同，通常采用的模式是宿主机/目标机模式 目前常用的交叉开发环境主要有商业环境和开放环境两种类型，其中 GNU 工具链是开放的交叉开发环境中的典型代表2) 链接和交叉编译工作完成嵌入式软件的编码后，要完成的工作就是进行编译和链接，目的是检查并修改错误，后生成可执行的源代码 目标环境的处理器芯片主要为 MIPS、ARM、DragonBall 和PowerPC 等系列的微处理器，但是目前开发过程大多是在 Intel 公司 x86 系列 CPU 的通用计算机上进行的，因此就要求在链接和交
7、叉编译时要在完成好的交叉开发环境中进行3) 交叉调试工作( 1) 软件方面的调试嵌入式 Linux 系统内核调试工作的关键在于先在 Linux 内核中设置一个调试桩( debug stub) 服务器，用作通信服务器，为调试过程中和宿主机之间数据交换提供方便 然后，可以在宿主机中进行通信，通过调试器的串口与调试桩，并通过调试器控制 Linux 内核在目标机上的运行。( 2) 硬件方面的调试不同的公司可能提供不同的调试端口，Motorola 公司目前提供的开发板使用的调试端口是 DBM，而 ARM 公司提供的开发板上使用的则是 JTAG 调试端口 若不采用在线仿真器调试，可以让 CPU 在其内部直
8、接实现调试功能，并通过在开发板上引出的调试端口，发送调试命令并接收调试信息，最终完成整个调试过程。4) 系统测试工作在整个软件系统的编译过程中，嵌入式系统的硬件测试一般采用专门的测试仪器进行，而软件测试则需要采用特定的测试策略，并要求有相关的测试工具和测试技术的支持 基于目标机的测试和基于宿主机的测试这两种测试各有利弊，嵌入式软件测试过程中常常要在两者之间做出合理选择 需要消耗较多的时间和经费是基于目标机的测试的一个典型缺点，而基于宿主机的测试虽然代价较小，消耗时间较短，但是它的缺点是难以真实反映软件实际运行时的情况5 一种新型嵌入式 Linux 系统开发模式综合各种技术的特点，结合目前嵌入式
9、系统的技术发展现状，特提出一种新型的嵌入式 Linux 系统设计方案: arm 芯片和 uClinux 操作系统相结合开发方案 这种开发模式是目前最流行的一种开发模式 因为 ARM 芯片具有功耗低、体积小、性价比高的优点; uClinux 操作系统具有开放性的特点，并且是一个免费的操作系统，节约了不少成本 因此，arm 芯片和 uClinux 操作系统相结合的嵌入式系统开发模式是将性能与价格做到最优配置的一种开发模式当然，有利就有弊，这种开发模式也有其不能掩盖的缺点 第一，arm 芯片与 uClinux 操作系统都比较复杂，如果专业技术开发人员没有相关的开发经验，需要花费一定的时间熟悉其内部原
10、理和性能，研发周期与研发费用都是需要考虑的问题 第二，如果原来已采用的方式是工控机方式，开发的是 VC + + 的应用程序，那么将它移植到 uClinux 操作系统的工作量就非常大，这种开发模式只适用于在全新开发时采用。6 结语由于 Linux 系统兼容性很好，广泛支持各种设备，因此，能方便地应用于寻呼机、WAP 手机、掌上电脑、机顶盒、车载盒、PDA、IA 设备以及工业控制等智能信息产品中 与个人电脑产品相比， IA 设备、手持设备以及信息家电的市场容量要高得多，而 Linux 嵌入式系统的具有强大的生命力和利用价值，市场前景非常广阔，这使越来越多的企业、科研机构和高等院校表现出对它极大的关注和研发热情。参考文献:1艾红 基于 Linux 的嵌入式远程监控系统的设计J 工业控制计算机，2008，( 08) 。2田晓蕾 嵌入式系统的研究和应用J 硅谷， 2009，( 04)。3耿玉菊 嵌入式系统开发技术分析J 牡丹江教育学院学报，2009，( 01)。4种满东 实时嵌入式 Linux 的设计与实现J 科技风，2009，( 02)。5万相奎 嵌入式系统及其典型开发模式J 重庆大学学报 2004，( 02) 。
