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在嵌入式系統中應用Linux深入探究
作者：
時(shí)間：2012-05-22
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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計算機用于嵌入式控制設備領(lǐng)域的歷史和計算機本身的歷史一樣久遠。最初的用于控制機電式電話(huà)交換器的通訊設備中“固態(tài)控制程序”就是嵌入式程序?！坝嬎銠C系統”在當時(shí)并不普遍；所以固態(tài)程序存放在內存中控制相應的設備。在那種時(shí)代，運行控制程序是很先進(jìn)的思想，而且當時(shí)也只能如此而已。
那時(shí)的計算機是專(zhuān)為特定的用戶(hù)設計，特殊的應用程序指令、I/O設備和主要的計算設備集成在一起。微處理器的產(chǎn)生改變了這種局面，價(jià)格低廉、結構小巧的 CPU和外設連接在總線(xiàn)上形成了比較大的系統。這種硬件架構很穩定，于是在這個(gè)基礎上，這建立起了通用的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境和編程模式，且簡(jiǎn)化了編程，。
軟件也在隨著(zhù)硬件的發(fā)展而發(fā)展；開(kāi)始只有簡(jiǎn)單的工具用于編程和調試，而且每一個(gè)軟件都必須從頭編寫(xiě)。程序大都采用宏匯編語(yǔ)言，匯編程序還不很完善，調試是一件很麻煩的事。因此一直到70年代的中期，模塊化編寫(xiě)程序和標準化的運行庫才逐漸流行起來(lái)。在70年代的后期，出現了嵌入式系統的操作系統。它們采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，而且只能運行在相應的特殊處理器上；處理器過(guò)時(shí)，則這個(gè)操作系統就沒(méi)有用處了，對新的處理器必須重新編寫(xiě)操作系統的所有代碼。C語(yǔ)言出現以來(lái)，采用C語(yǔ)言操作系統更有效率了，操作系統的編寫(xiě)有了很大的改觀(guān)。C語(yǔ)言有很好的穩定性和可移植性，所以今天的許多操作系統都使用C來(lái)編寫(xiě)。于是在 80年代末，出現了好幾個(gè)商業(yè)的嵌入式操作系統。而且它們已經(jīng)演化成為今天的主流嵌入式操作系統。比如很有名的、使用者眾多的操作系統：Vxwork、 pSOS、Neculeus和WindowssCE。
不過(guò)很多的嵌入式系統還沒(méi)有使用操作系統，它們僅僅包含一些控制流程而已。在嵌入式系統相對簡(jiǎn)單的情況下，這些控制流足以應付。但是，當嵌入式系統的功能復雜后，簡(jiǎn)單控制邏輯就不夠用了，這時(shí)你必須使用操作系統。如果不使用操作系統將會(huì )使得控制系統邏輯結構復雜混亂，很容易出錯。再者，有些嵌入式系統需要接入網(wǎng)絡(luò )系統，比如賓館的門(mén)鎖控制已經(jīng)需要接入網(wǎng)絡(luò )，因此就更需要嵌入式的操作系統來(lái)支持應用軟件。
除了商業(yè)化的操作系統外，還有其他的有版權要求的非商業(yè)化嵌入式操作系統可以使用。然而今天的Linux 系統有著(zhù)嵌入式操作系統需要的很多特色、突出的優(yōu)勢：適應于多種CPU和多種硬件平臺，性能穩定，裁剪性很好，開(kāi)發(fā)和使用都很容易。因此，我們決定在嵌入式系統中使用Linux操作系統。
1．它具有很好的工具，可以跨越ICE等屏障
原來(lái)開(kāi)發(fā)嵌入式系統的關(guān)鍵是需要一套好用的開(kāi)發(fā)和調試工具；而且在開(kāi)發(fā)所不同階段還需要不同的工具。就比如工匠，只有好的工具才能夠使工作完成得又好又快。
傳統的開(kāi)發(fā)調試工具就是ICE－在線(xiàn)仿真器；它取代目標板的微處理器，給目標程序提供仿真環(huán)境，同時(shí)可以連接監視器；允許開(kāi)發(fā)者調試和監視程序的運行。盡管這種運行方式會(huì )引起一些奇怪的問(wèn)題，但是它總能夠讓你明了程序在目標板的工作狀態(tài)，免除了對底層的軟硬件接口的猜測。但是，這種設備價(jià)格非常貴。過(guò)去，甚至在整個(gè)開(kāi)發(fā)期內，開(kāi)發(fā)嵌入式系統主要依靠這些調試工具?？墒?，我們發(fā)現，一旦軟硬件能夠正常支持串口的運行時(shí)，我們可以使用其他的調試辦法?，F代的嵌入式系統采用相當成熟的微處理器。因此很容易使得串口工作。串口連接成功，可以進(jìn)行很多的開(kāi)發(fā)調試。所以我們不用ICE也可以很好地開(kāi)始開(kāi)發(fā)和調試工作了，同時(shí)還降低開(kāi)發(fā)費用。
Linux利用GNU項目的C編譯器來(lái)編譯程序，使用gdb源程序級調試器來(lái)調試程序。它們提供了合適的手段來(lái)使你能夠開(kāi)發(fā)嵌入式的Linux系統。為了開(kāi)發(fā)基于Linux的嵌入式系統，可以按以下方法進(jìn)行：
向串口輸出提示字符串，例如“helloword”或“Waston,comehereIneedyou!”等,然后通過(guò)串口，指揮gdb 開(kāi)始工作。以這種方式和另外一臺運行g(shù)db程序的Linux主機系統“交談”，通過(guò)串口，你可以很方便地讓gdb調試目標程序。通過(guò)串口和gdb通訊，可以進(jìn)行C源程序級的調試。甚至你還可以以串口把其他的程序下裝到RAM或flash存儲器。通過(guò)串口，使用gdb可以使得軟硬件的初始化代碼繼續運行到核心全部啟動(dòng)。
一旦核心在運行了，你就可以使用其他的更好的調試工具，象Kgdb等，如果連接了網(wǎng)絡(luò )，你也可以讓網(wǎng)絡(luò )工作起來(lái)。同時(shí)你就可以用GUI的xgdb來(lái)調試應用程序。
2．滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性時(shí)要求
細細分析起來(lái)，大多數系統并不需要嚴格的實(shí)時(shí)性。而嵌入式系統也經(jīng)常被誤解為就是實(shí)時(shí)性系統。其實(shí)，多數嵌入式系統并不需要實(shí)時(shí)性，而且實(shí)時(shí)性本身是個(gè)相對的概念絕對的實(shí)時(shí)性是指對需要的服務(wù)以限定的方式和在限定時(shí)間內提供，比如在微秒級內響應。這種硬實(shí)時(shí)性功能只是針對特殊的設備而言，例如數字信號處理等。而這些要求使用特殊的硬件如FIFO、DMA和其他特殊設計的硬件也可以滿(mǎn)足。
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