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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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有些設計者不能夠準確地分析出系統真正實(shí)時(shí)需求，很多情況下對實(shí)時(shí)的需求在1－5毫秒內響應就可以；大部分情況下，軟實(shí)時(shí)響應足以滿(mǎn)足要求：WINDOWSS的 98Crashed_Yet在98％的時(shí)間內可以在4每秒內響應，如果時(shí)間是20秒，則總會(huì )響應。那些軟實(shí)時(shí)性容易滿(mǎn)足。需要考慮的因素包括：上下文轉換時(shí)間、中斷延遲、任務(wù)的優(yōu)先級和任務(wù)調度方式。上下文轉換時(shí)間曾經(jīng)是實(shí)時(shí)性分析的重點(diǎn)，但是因為CPU速度大幅度提高，它不再是關(guān)鍵問(wèn)題。
現在,嚴格要求的實(shí)時(shí)性任務(wù)的決定因素是中斷例程本身和內核中的其他驅動(dòng)程序有關(guān)；而響應延遲時(shí)間主要受中斷的優(yōu)先級和其他進(jìn)程會(huì )暫時(shí)地關(guān)閉中斷響應的影響。因此管理和驅動(dòng)中斷的機制必須保證實(shí)時(shí)要求。
對于Intelx86處理器，實(shí)時(shí)擴充可以在Linux系統中很容易進(jìn)行，RT-Linux就是很好的例子（見(jiàn) http://www.rtlinux.org/）。它主要是把Linux的任務(wù)作為自己的一個(gè)任務(wù)，因此實(shí)時(shí)性要求很高的任務(wù)不受非實(shí)時(shí)的 Linux的干擾，可以得到滿(mǎn)足。另外還提供了實(shí)時(shí)任務(wù)和Linux的基本核心和其他任務(wù)間的接口，這些接口是不需要很強的實(shí)時(shí)性。這種架構為其他的嵌入式系統提供了一個(gè)參考。關(guān)鍵因素就是實(shí)時(shí)性的代碼和非實(shí)時(shí)代碼分開(kāi)設計，而且實(shí)時(shí)應用程序的處理方式和其他程序的處理方式差不多。
3．適合嵌入式系統的Linux
有一種觀(guān)點(diǎn)認為：用戶(hù)不必直接干預機器的運行，即沒(méi)有用戶(hù)接口的應用系統是嵌入式系統。其他的比如電梯控制系統應該是嵌入式系統，但是它需要人為控制。連接網(wǎng)絡(luò )需要監視和控制網(wǎng)絡(luò )系統運行的系統，仍然是嵌入式系統；因此應該根據系統的主要目的和功能來(lái)判定是否是嵌入式系統。
最小的嵌入式Linux系統必須包括以下主要的要素：
1．啟動(dòng)程序；
2．融合了內存管理、進(jìn)程管理和時(shí)間分批服務(wù)的核心；
3．初始化程序。
為了達到要求，而且為了保持最小系統，需要添加以下要素：
硬件的驅動(dòng)程序；
必須的應用程序。
根據其他需要，你可能增加以下功能：
1．文件管理系統（在ROM或RAM中）；
2．TCP/IP通訊協(xié)議；
3．磁盤(pán)。
4．選擇合適的硬件平臺選擇硬件平臺是一件很麻煩的事，受很多因素影響，比如公司的指導原則、個(gè)人偏見(jiàn)、過(guò)去產(chǎn)品的影響和消息不靈通等。費用是考慮的主要因素。提醒你考慮價(jià)格時(shí)不要只注意CPU的價(jià)錢(qián)，要對整個(gè)系統進(jìn)行考慮。但是如果你是系統設計師，你必須把軟件的實(shí)時(shí)性和硬件結合起來(lái)考慮。首先考慮需要多快的CPU，然后把選擇三倍化的結果；因為在實(shí)際中應用程序會(huì )使用一些cache(緩沖)，所以理論上速度很快的CPU的實(shí)際速度會(huì )降低。其次考慮選擇多快的BUS（總線(xiàn)）；如果可以包括其他的總線(xiàn)，比如PCI，就加上它。因為有時(shí)即使使用DMA方式傳輸，也會(huì )使快速CPU變得象蝸牛一般。選用集成外設的CPU比較好，而且還可選用現成的外設驅動(dòng)程序，大大減少調試工作，實(shí)際上有些芯片集成的功能并不是我們所需要的，所以也不要認為凡是集成的都是好東西。
5．壓縮制作Linux系統對Linux的通常感覺(jué)是大，似乎不適合于嵌入式系統。事實(shí)并非如此。因為典型的發(fā)行Linux集成了很多桌面PC機需要而嵌入式系統并不需要的功能。首先，我們可以把核心（kernel）從其他任務(wù)中分離出來(lái)。標準的 Linux核心總是貯留在內存中；當需要應用程序時(shí)，它把需要的程序從磁盤(pán)調入內存運行。程序運行完畢，內存清空，卸載程序。在嵌入式系統中，經(jīng)常沒(méi)有磁盤(pán)。目前有兩種辦法來(lái)處理沒(méi)有磁盤(pán)的情況。對于比較簡(jiǎn)單的系統，核心（kernel）和應用程序同時(shí)貯留在內存，當系統啟動(dòng)時(shí)，就啟動(dòng)應用程序。這種方式和以前的嵌入式系統一樣工作。Linux系統也支持這種方式。第二種方式是，考慮到Linux有load（裝載）和 unload（卸載）程序的能力，嵌入式系統也可以使用這一特點(diǎn)，來(lái)節約內存。假如有一個(gè)典型的嵌入式系統：包括8到16M的 FlashMemory和8到16M的RAM；可以在FlashMemory上建立文件系統，使用Flash的驅動(dòng)程序來(lái)驅動(dòng) FlashMemory上文件系統工作。另外，也可以使用FlashDidsk，其中有一個(gè)例子是M－system的 DiskOnChip，它可以支持達160M的FlashDisk。把使用的應用程序文件存放在Flash文件系統上，根據需要調入程序。
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