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關(guān)于嵌入式Linux系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)
由于嵌入式系統(tǒng)只針對(duì)一項(xiàng)特殊的任務(wù)，設(shè)計(jì)人員能夠?qū)λM(jìn)行優(yōu)化，減小尺寸降低成本。下面是小編收集的嵌入式Linux系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)，希望大家認(rèn)真閱讀!
一、嵌入式Linux系統(tǒng)的構(gòu)成
1、硬件
2、內(nèi)核
3、應(yīng)用程序(形成根文件系統(tǒng))
二、構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)的主要任務(wù)
1、內(nèi)核部分
2、應(yīng)用程序部分
嵌入式Linux的開發(fā)大致可分為三個(gè)層次：引導(dǎo)裝載內(nèi)核、構(gòu)造文件系統(tǒng)和圖形用戶界面。作為操作系統(tǒng)重要組成部分的文件系統(tǒng)，決定了操作系統(tǒng)本身的信息和用戶的數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)設(shè)備上的組織形式。對(duì)嵌入式文件系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)和開發(fā)也逐漸成為嵌入式系 統(tǒng)研究領(lǐng)域的一個(gè)方向。
三、內(nèi)核精簡
在精簡內(nèi)核在編譯內(nèi)核之前，首先要明確需要那些驅(qū)動(dòng)和模塊，然后只選擇需要的驅(qū)動(dòng)和模塊，
例如，如果系統(tǒng)不需要網(wǎng)絡(luò)支持，則可以去掉網(wǎng)絡(luò)模塊 。
內(nèi)核一般是以壓縮方式存放的，在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)會(huì)自行解壓。
內(nèi)核都是常駐內(nèi)存的，當(dāng)需要調(diào)用應(yīng)用程序時(shí)，再把需要的程序從磁盤調(diào)入內(nèi)存運(yùn)行。
構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)-構(gòu)建內(nèi)核常用的命令包括：
◆ make config：內(nèi)核配置，調(diào)用 ./scripts/Configure 按照 arch/i386/config.in 來進(jìn)行配置。
◆ make dep：尋找依賴關(guān)系。
◆ make clean：清除以前構(gòu)建內(nèi)核所產(chǎn)生的所有目標(biāo)文件、模塊文件、以及一些臨時(shí)文件等。
◆ make rmproper：刪除所有因構(gòu)建內(nèi)核過程中產(chǎn)生的所有文件，把內(nèi)核恢復(fù)到最原始的狀態(tài)。
◆ make：構(gòu)核，通過各目錄的Makefile 文件將會(huì)在各個(gè)目錄下產(chǎn)生許多目標(biāo)文件。如果內(nèi)核沒有錯(cuò)誤，將產(chǎn)生文件vmlinux，這就是構(gòu)建的內(nèi)核。
◆ make zImage：在make 的基礎(chǔ)上產(chǎn)生壓縮的內(nèi)核映象文件./arch/$(ARCH)/boot/zImage 以及在 ./arch/$(ARCH)/boot/compresed/目錄下產(chǎn)生臨時(shí)文件。
◆ make bzImage：在make 的基礎(chǔ)上產(chǎn)生壓縮比例更大的內(nèi)核映象文件./arch/$(ARCH)/boot/bzImage 以及在 ./arch/$(ARCH)/boot/compresed/目錄下產(chǎn)生臨時(shí)文件。
◆ make modules：編譯模塊文件，在make config 時(shí)所配置的所有模塊將在這時(shí)編譯，形成模塊目標(biāo)文件，并把這些目標(biāo)文件存放在modules 目錄中。
◆ make modules_install：把上面編譯好的模塊目標(biāo)文件放置在目錄 ./lib/modules/$KERNEL_VERSION/ 中。上面的編譯內(nèi)核是在沒有改變?cè)创a的情況下實(shí)現(xiàn)的，如果覺得源代碼提供的功能在某些方面不能滿足要求，就要修改源代碼了。源代碼中主要有以下幾個(gè)關(guān)鍵部分：有關(guān)進(jìn)程管理的task_struct 結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)幾乎包括了與進(jìn)程有關(guān)的所有文件內(nèi)容，還有任務(wù)隊(duì)列、時(shí)鐘管理和中斷管理，各種進(jìn)程間的通信機(jī)制，內(nèi)存管理中各種內(nèi)存分配函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，虛擬文件系統(tǒng)。
四、嵌入式系統(tǒng)的組成
1、嵌入式硬件(嵌入式處理器和嵌入式外圍設(shè)備)
2、嵌入式操作系統(tǒng)
3、嵌入式應(yīng)用軟件
嵌入式處理器
嵌入式系統(tǒng)的核心是各種類型的嵌入式處理器，嵌入式處理器與通用處理器最大的不同點(diǎn)在于，嵌入式CPU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CPU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。
嵌入式處理器的體系結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了從CISC(復(fù)雜指令集)至RISC(精簡指令集)和Compact RISC的轉(zhuǎn)變，位數(shù)則由4位、8位、16位、32位逐步發(fā)展到64位。目前常用的嵌入式處理器可分為低端的嵌入式微控制器(Micro Controller Unit，MCU)、中高端的嵌入式微處理器(Embedded Micro Processor Unit，EMPU)、用于計(jì)算機(jī)通信領(lǐng)域的嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor，EDSP)和高度集成的嵌入式片上系統(tǒng)(System On Chip，SOC)。
目前幾乎每個(gè)半導(dǎo)體制造商都生產(chǎn)嵌入式處理器，并且越來越多的公司開始擁有自主的處理器設(shè)計(jì)部門，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，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等使用得最為廣泛。
嵌入式外圍設(shè)備
在嵌入系統(tǒng)硬件系統(tǒng)中，除了中心控制部件(MCU、DSP、EMPU、SOC)以外，用于完成存儲(chǔ)、通信、調(diào)試、顯示等輔助功能的其他部件，事實(shí)上都可以算作嵌入式外圍設(shè)備。目前常用的嵌入式外圍設(shè)備按功能可以分為存儲(chǔ)設(shè)備、通信設(shè)備和顯示設(shè)備三類。
存儲(chǔ)設(shè)備主要用于各類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，常用的有靜態(tài)易失型存儲(chǔ)器(RAM、SRAM)、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(DRAM)和非易失型存儲(chǔ)器(ROM、EPROM、EEPROM、FLASH)三種，其中FLASH憑借其可擦寫次數(shù)多、存儲(chǔ)速度快、存儲(chǔ)容量大、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在嵌入式領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。
目前存在的絕大多數(shù)通信設(shè)備都可以直接在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用，包括RS-232接口(串行通信接口)、SPI(串行外圍設(shè)備接口)、IrDA(紅外線接口)、I2C(現(xiàn)場(chǎng)總線)、USB(通用串行總線接口)、Ethernet(以太網(wǎng)接口)等。
由于嵌入式應(yīng)用場(chǎng)合的特殊性，通常使用的是陰極射線管(CRT)、液晶顯示器(LCD)和觸摸板(Touch Panel)等外圍顯示設(shè)備。
嵌入式操作系統(tǒng)
為了使嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)更加方便和快捷，需要有專門負(fù)責(zé)管理存儲(chǔ)器分配、中斷處理、任務(wù)調(diào)度等功能的軟件模塊，這就是嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)是用來支持嵌入式應(yīng)用的系統(tǒng)軟件，是嵌入式系統(tǒng)極為重要的組成部分，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動(dòng)程序、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口、通信協(xié)議、圖形用戶界面(GUI)等。嵌入式操作系統(tǒng)具有通用操作系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，如能夠有效管理復(fù)雜的系統(tǒng)資源，能夠?qū)τ布M(jìn)行抽象，能夠提供庫函數(shù)、驅(qū)動(dòng)程序、開發(fā)工具集等。但與通用操作系統(tǒng)相比較，嵌入式操作系統(tǒng)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)。
嵌入式操作系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合可以分為兩大類：一類是面向消費(fèi)電子產(chǎn)品的非實(shí)時(shí)系統(tǒng)，這類設(shè)備包括個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、移動(dòng)電話、機(jī)頂盒(STB)等;另一類則是面向控制、通信、醫(yī)療等領(lǐng)域的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如WindRiver公司的VxWorks、QNX系統(tǒng)軟件公司的QNX等。實(shí)時(shí)系統(tǒng)(Real Time System)是一種能夠在指定或者確定時(shí)間內(nèi)完成系統(tǒng)功能，并且對(duì)外部和內(nèi)部事件在同步或者異步時(shí)間內(nèi)能做出及時(shí)響應(yīng)的系統(tǒng)。在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，操作的正確性不僅依賴于邏輯設(shè)計(jì)的正確程度，而且與這些操作進(jìn)行的時(shí)間有關(guān)，也就是說，實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)邏輯和時(shí)序的要求非常嚴(yán)格，如果邏輯和時(shí)序控制出現(xiàn)偏差將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。
實(shí)時(shí)系統(tǒng)主要通過三個(gè)性能指標(biāo)來衡量系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，即響應(yīng)時(shí)間(Response Time)、生存時(shí)間(Survival Time)和吞吐量(Throughput)：
響應(yīng)時(shí)間 是實(shí)時(shí)系統(tǒng)從識(shí)別出一個(gè)外部事件到做出響應(yīng)的時(shí)間;
生存時(shí)間 是數(shù)據(jù)的有效等待時(shí)間，數(shù)據(jù)只有在這段時(shí)間內(nèi)才是有效的;
吞吐量 是在給定的時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)能夠處理的事件總數(shù)，吞吐量通常比平均響應(yīng)時(shí)間的倒數(shù)要小一點(diǎn)。
實(shí)時(shí)系統(tǒng)根據(jù)響應(yīng)時(shí)間可以分為弱實(shí)時(shí)系統(tǒng)、一般實(shí)時(shí)系統(tǒng)和強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)三種。弱實(shí)時(shí)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)的宗旨是使各個(gè)任務(wù)運(yùn)行得越快越好，但沒有嚴(yán)格限定某一任務(wù)必須在多長時(shí)間內(nèi)完成，弱實(shí)時(shí)系統(tǒng)更多關(guān)注的是程序運(yùn)行結(jié)果的正確與否，以及系統(tǒng)安全性能等其他方面，對(duì)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間的要求相對(duì)來講較為寬松，一般響應(yīng)時(shí)間可以是數(shù)十秒或者更長。一般實(shí)時(shí)系統(tǒng)是弱實(shí)時(shí)系統(tǒng)和強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的一種折衷，它的響應(yīng)時(shí)間可以在秒的數(shù)量級(jí)上，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子設(shè)備中。強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)則要求各個(gè)任務(wù)不僅要保證執(zhí)行過程和結(jié)果的正確性，同時(shí)還要保證在限定的時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)，響應(yīng)時(shí)間通常要求在毫秒甚至微秒的數(shù)量級(jí)上，這對(duì)涉及到醫(yī)療、安全、軍事的軟硬件系統(tǒng)來說是至關(guān)重要的。
時(shí)限(deadline)是實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的一個(gè)重要概念，指的是對(duì)任務(wù)截止時(shí)間的要求，根據(jù)時(shí)限對(duì)系統(tǒng)性能的影響程度，實(shí)時(shí)系統(tǒng)又可以分為軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)(soft real-time-system)和硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)(hard real-time-system)。軟實(shí)時(shí)指的是雖然對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間有所限定，但如果系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間不能滿足要求，并不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生致命的錯(cuò)誤或者崩潰;硬實(shí)時(shí)則指的是對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間有嚴(yán)格的限定，如果系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間不能滿足要求，就會(huì)引起系統(tǒng)產(chǎn)生致命的錯(cuò)誤或者崩潰。如果一個(gè)任務(wù)在時(shí)限到達(dá)之時(shí)尚未完成，對(duì)軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)來說還是可以容忍的，最多只會(huì)降低系統(tǒng)性能，但對(duì)硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)來說則是無法接受的，因?yàn)檫@樣帶來的后果根本無法預(yù)測(cè)，甚至可能是災(zāi)難性的。在目前實(shí)際運(yùn)用的實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，通常允許軟硬兩種實(shí)時(shí)性同時(shí)存在，其中一些事件沒有時(shí)限要求，另外一些事件的時(shí)限要求是軟實(shí)時(shí)的，而對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生關(guān)鍵影響的那些事件的時(shí)限要求則是硬實(shí)時(shí)的。
嵌入式應(yīng)用軟件
嵌入式應(yīng)用軟件是針對(duì)特定應(yīng)用領(lǐng)域，基于某一固定的硬件平臺(tái)，用來達(dá)到用戶預(yù)期目標(biāo)的計(jì)算機(jī)軟件，由于用戶任務(wù)可能有時(shí)間和精度上的要求，因此有些嵌入式應(yīng)用軟件需要特定嵌入式操作系統(tǒng)的支持。嵌入式應(yīng)用軟件和普通應(yīng)用軟件有一定的區(qū)別，它不僅要求其準(zhǔn)確性、安全性和穩(wěn)定性等方面能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，而且還要盡可能地進(jìn)行優(yōu)化，以減少對(duì)系統(tǒng)資源的消耗，降低硬件成本
四、如何構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟
嵌入式系統(tǒng)目前主要有：Windows CE、VxWorks、QNX等，它們都具較好的實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)可靠性，任務(wù)處理隨機(jī)性等優(yōu)點(diǎn)。但是它們的價(jià)格普遍偏高，很多開發(fā)商承受不起。因而，Linux操作系統(tǒng)成為嵌入式操作系統(tǒng)的首選。以下小編來整理了一些關(guān)于如何構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)的資料，方便大家對(duì)構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)有一定的認(rèn)識(shí)，希望能給大家有所幫助。
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