嵌入式Linux面臨圖形化挑戰

最近，計算機嵌入式產(chǎn)業(yè)研究顯示Linux系統是大多數嵌入式開(kāi)發(fā)項目的首選操作系統。起初，Linux只是一種簡(jiǎn)單的解決方案，為愛(ài)好者提供了一個(gè)免費且功能強大的開(kāi)發(fā)平臺。但是現在它已逐步成為一個(gè)成熟、穩定、功能強大且倍受關(guān)注的操作系統。
Linux操作系統涉獵的范圍從程序控制系統、個(gè)人數字助理（PDAs）及家用電器到桌面系統和高端網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器，乃至于功能強大的計算集群和復合處理器系統。

Linux的種種優(yōu)勢使得它在整個(gè)計算機領(lǐng)域魅力十足，特別是在嵌入式系統方面尤為突出。比起一些所有權嵌入式操作系統，Linux的價(jià)格、性能及靈活性等有利條件是顯而易見(jiàn)的。

在Linux被引入嵌入式開(kāi)發(fā)之前，大多數嵌入式技術(shù)開(kāi)發(fā)人員很少進(jìn)行跨平臺的開(kāi)發(fā)研究，因為他們所用的操作系統只能在目標硬件上運行。Linux逐漸在嵌入式領(lǐng)域擴大戰場(chǎng)的同時(shí)，跨平臺開(kāi)發(fā)方案，即原本在一個(gè)平臺上開(kāi)發(fā)的應用軟件也可以在其它平臺上進(jìn)行開(kāi)發(fā)和編譯，也已廣泛應用于嵌入式系統的開(kāi)發(fā)實(shí)踐中。

然而，大多數新的嵌入式方案以L(fǎng)inux系統為開(kāi)發(fā)平臺并不意味著(zhù)Linux系統是惟一的選擇。西方有句俗語(yǔ)：效仿是表達恭維的最好方式。

目前，有多家所有權嵌入式系統的廠(chǎng)商也效仿Linux系統取消了其操作系統的使用費用。同樣，他們也模仿Linux系統源代碼的開(kāi)放性，開(kāi)始免費為消費者提供其操作系統的源代碼。Linux面臨著(zhù)各方面的挑戰。

開(kāi)發(fā)工具的圖形化挑戰

許多嵌入式軟件開(kāi)發(fā)項目都很復雜，造成這種復雜性的主要原因如下：
◆ 應用軟件的復雜性可能源于所使用的運算法則，也可能源于設計方案（比如復雜的客戶(hù)應用程序或服務(wù)器應用程序），或者二者兼而有之。
◆ 用戶(hù)的應用程序與其它應用軟件乃至操作系統間的相互作用也可能會(huì )帶來(lái)問(wèn)題，這需要用戶(hù)對系統進(jìn)行長(cháng)期不間斷地監測。
◆ 系統和資源限制可能導致反復地重寫(xiě)或優(yōu)化過(guò)程。
◆ 標準的系統庫和關(guān)聯(lián)程序設計技術(shù)也許無(wú)法應用于特殊的架構，用戶(hù)不得不選擇或開(kāi)發(fā)其它替代方案。
◆ 在功能有限的情況下，很難對應用軟件進(jìn)行遠程調試和維護。
雖然，以上這些問(wèn)題對于在嵌入式應用軟件開(kāi)發(fā)和操作系統等方面有足夠經(jīng)驗的專(zhuān)業(yè)人員來(lái)說(shuō)都很好解決，但沒(méi)人能保證身邊總有專(zhuān)家。因此，最好的解決辦法就是使用工具軟件，以便更容易對嵌入式軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)、監控和調試。

眾所周知，圖形用戶(hù)界面（GUI）已經(jīng)成為計算領(lǐng)域不可缺少的工具。它使電腦從一個(gè)專(zhuān)業(yè)化工具轉變成普通的辦公設備和家用電器。雖然操作系統可以提供應用軟件開(kāi)發(fā)所需的基本功能，但是，一個(gè)簡(jiǎn)單易用的圖形環(huán)境和與之相適應的工具軟件才是構成開(kāi)發(fā)平臺的真正要素。

多年來(lái)，所有權操作系統和實(shí)時(shí)操作系統（RTOS）的廠(chǎng)商在所有權產(chǎn)品領(lǐng)域一直致力于提供應用軟件開(kāi)發(fā)工具。

雖然這些為所有權操作系統量身定做的開(kāi)發(fā)工具功能強大，但應用范圍卻局限于特定的操作系統。當前市場(chǎng)環(huán)境下，大多數嵌入式產(chǎn)品廠(chǎng)商為了開(kāi)發(fā)新的嵌入式項目轉而采用Linux技術(shù)，因此迫切需要一種能支持Linux、功能強大且簡(jiǎn)便易用的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)工具。

所有權嵌入式操作系統廠(chǎng)商指出，目前市場(chǎng)上有很多不同的Linux套件，而且每個(gè)套件都有特定的市場(chǎng)或服務(wù)，市場(chǎng)似乎并不完整。然而，多種版本Linux的存在恰恰證明了Linux的發(fā)展潛力，以及它能滿(mǎn)足廣大用戶(hù)不同需求的能力。Linux特有的靈活性也需要一系列適用于各種Linux套件的圖形化開(kāi)發(fā)工具。

嵌入式開(kāi)發(fā)工具的目標

構成Linux系統的基本要素如下：

◆ Linux內核 內核是操作系統的核心，它能提供各種硬件所需的驅動(dòng)程序、總線(xiàn)和協(xié)議支持等。
◆ 根文件系統 它是系統應用軟件、系統啟動(dòng)程序、系統設置程序和用戶(hù)應用軟件的“儲藏室”。
◆ 工具鏈 它用來(lái)編輯內核、可加載內核模塊和應用軟件，并且可以由根文件系統中的程序和系統可訪(fǎng)問(wèn)的其它文件系統來(lái)執行。

所有的Linux系統都使用內核和核心工具鏈（GNU GCC），只是配置不同。所有Linux根文件系統都包含有開(kāi)放系統社區提供的各種程序，只是不同版本的Linux根文件系統所選擇的軟件包及其配置的子集有所不同。

嵌入式Linux開(kāi)發(fā)工具面臨的挑戰是如何適應不同版本的Linux內核、工具鏈和文件系統軟件包，以及如何對其進(jìn)行定制，以便開(kāi)發(fā)人員使用它們。

桌面和服務(wù)器應用軟件開(kāi)發(fā)者可以依托性能強大且運行穩定的硬件平臺提供一系列優(yōu)質(zhì)服務(wù)，而嵌入式系統及其應用軟件的開(kāi)發(fā)人員需要有更廣泛、更豐富的知識。他們不得不在開(kāi)發(fā)過(guò)程中考慮以下幾點(diǎn)：

◆ 通過(guò)一個(gè)低級別的硬件端口，比如JTAG，對主板及新硬件或定制硬件進(jìn)行初始化；
◆ 為新硬件或定制硬件選擇、安裝并配置引導裝載程序；
◆ 可能需要定制內核并開(kāi)發(fā)驅動(dòng)程序；
◆ 系統級調試需要附帶遠程訪(fǎng)問(wèn)功能，以便及時(shí)準確地解決系統中出現的問(wèn)題；
◆ 根文件系統的開(kāi)發(fā)，包括開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用的、存儲于內存或宿駐于網(wǎng)絡(luò )的文件系統，以及其它在Flash或本地存儲器中建立并維護的文件系統；
◆ 應用軟件的開(kāi)發(fā)；

◆ 使用遠程連接方式對應用軟件進(jìn)行調試，以便于進(jìn)行遠端激活和運行分析，這將簡(jiǎn)化嵌入式系統中應用軟件更新的過(guò)程；

◆ 對新產(chǎn)品進(jìn)行測試驗證確認，有助于用戶(hù)對任意組合的系統和應用軟件反復進(jìn)行標準測試。完成這些令人頭痛的工作需要各種不同的技能。而圖形化工具可以將所需的各種操作模塊化，原本復雜至極的工作，現在也許只需要點(diǎn)擊幾下鼠標就可以完成。這對于開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一種極大的解脫。

應用TimeSys公司的TimeStorm　Linux開(kāi)發(fā)套件（LDS），通過(guò)點(diǎn)擊選單上的相應選項就可以建立各種類(lèi)型的文件系統。其它復雜的過(guò)程，比如，文件系統格式化和提供訪(fǎng)問(wèn)端口等都無(wú)須開(kāi)發(fā)人員手動(dòng)完成。

Eclipse多功能架構

TimeStorm工具組件支持兩個(gè)目前應用最廣泛、功能最強大的Linux系統圖形環(huán)境，一個(gè)是X-Window系統，它幾乎是所有Unix和Linux圖形開(kāi)發(fā)的基礎；另一個(gè)是Eclipse結構，該結構擴展性很強，可以建立或分配各種以開(kāi)發(fā)為導向的應用軟件，這些應用軟件可以相互共存并相互作用。

Eclipse是一個(gè)開(kāi)源軟件開(kāi)發(fā)項目，其主要任務(wù)是為開(kāi)發(fā)高集成性工具提供一個(gè)健壯的、功能齊全的平臺。與操作系統廠(chǎng)商不同，它采用行業(yè)中普遍使用的開(kāi)放系統架構來(lái)開(kāi)發(fā)嵌入式Linux工具。

這種架構可支持所有廠(chǎng)商的產(chǎn)品，提供統一的圖形化描述及操作，并且所有的工具都可以在該架構中協(xié)調配合。用戶(hù)不必再由于開(kāi)發(fā)工具的相互不兼容性而必須使用單一廠(chǎng)商提供的特定產(chǎn)品。

Eclipse提供了一個(gè)適用于各種應用軟件的基礎架構。這些應用軟件在Eclipse中被稱(chēng)為“插件”，它們在架構中互動(dòng)工作。這使得協(xié)同開(kāi)發(fā)成為可能，工具軟件廠(chǎng)商可以根據不同需要確定不同的發(fā)展方向，不用擔心自己的插件無(wú)法與其它插件實(shí)現完美的集成。為了實(shí)現最大限度的兼容，Eclipse全部由Java語(yǔ)言編寫(xiě)。

Eclipse已被多家知名的嵌入式工具廠(chǎng)商采用，比如，TimeSys、Wind River、RTI和MontaVista等。甚至有行家預測未來(lái)所有工具軟件的開(kāi)發(fā)都將由Eclipse來(lái)完成。

TimeSys公司的TimeStorm IDE（Integrated Development Environment）就是一組Eclipse插件，它能為嵌入式應用軟件的開(kāi)發(fā)、調試及測試提供一個(gè)功能強大的開(kāi)發(fā)環(huán)境。TimeStorm IDE不需要任何特殊功能就可以與源代碼控制系統（SCCS）集成在一起，后者主要用于將各種應用軟件源代碼分類(lèi)存檔。

不僅如此，Eclipse中的插件可以即時(shí)與TimeStorm IDE進(jìn)行集成。這些插件都可以提供訪(fǎng)問(wèn)各種版本控制系統的端口，比如，CVS、Perforce、Rational ClearCase和Subversion等。
小結

如今，用于嵌入式系統開(kāi)發(fā)、配置和測試的軟件開(kāi)發(fā)工具越來(lái)越多。Linux固有的強大功能和靈活性使它成為很多新的嵌入式方案的首選平臺。

然而，讓優(yōu)秀的產(chǎn)品迅速進(jìn)入市場(chǎng)不僅要依靠一個(gè)自由的、功能強大的操作系統，還要依靠性能強大的工具軟件。這些軟件能使嵌入式的開(kāi)發(fā)、配置和測試簡(jiǎn)單化，是提供解決各種復雜問(wèn)題的百寶箱。

開(kāi)源軟件提供的工具平臺，比如Eclipse 架構，極大地推動(dòng)了此類(lèi)軟件的開(kāi)發(fā)和普及。TimeSys公司的TimeStorm IDE、TimeStorm LDS，以及TimeStorm LVS等基于Eclipse的軟件工具為嵌入式Linux的開(kāi)發(fā)提供了眾多現成的解決方案。