嵌入式Linux关键技术研究.pdf

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1、第20卷第3期齐齐哈尔大学学报Vol.20,No.32004年9月JournalofQiqiharUniversitySep.,2004嵌入式Linux关键技术研究宁志新温建春李海军（齐齐哈尔大学信息学院，齐齐哈尔161006）摘要：随着后PC时代的到来，嵌入式系统已成为计算机业界的研究热点。Linux以其独特的优势将在嵌入式系统中大放光芒。本文分别介绍了嵌入式技术和Linux技术并对嵌入式Linux的关键技术进行了分析和研究。关键词：嵌入式；Linux；内核裁剪；实时调度；移植中图分类号：TP316.8文献标识码：A文章编号：1007-984

2、X(2004)03-0063-03目前嵌入式技术已经成为最热门的技术之一，许多公司都想在新的领域把自己的软件产品做成嵌入式产品。嵌入式系统与传统计算机系统相比更加专业化，其软硬件设计直接从具体应用中出发，并受到应用环境的限制，体积一般很小，因此差异巨大，资源有限成为嵌入式系统的主要特点。随着软硬件的发展及复杂应用的需求,嵌入式系统也采用操作系统来管理各种资源。基于嵌入式系统上述特点,它对操作系统提出了特殊的要求:可配置,可移植,开销小。因此嵌入式系统可以被定义为:以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能可靠性、成本、

3、体积、功耗严格要求的专用计算机系统，主要用于实现对其它设备的控制、监视和管理等功能，通常嵌入在主要设备中运行。随着数字信息技术和网络技术高速发展的后PC时代的到来，在取款机、POS机、信息家电、医疗仪器、智能汽车、工业控制、通信设备等各个领域，嵌入式系统将无处不在，嵌入式技术越来越和人们的生活紧密结合。Linux作为一个自由软件，近年来无论是在高端服务器还是桌面PC，都得到了大量的应用，而且有增长的趋势。Linux具有以下优点：内核小、效率高；源代码完全开放，注释清晰且文档齐全；并且完全免费，成本低，内核网络功能强大；此外，Linux还具有跨平

4、台的优势，支持包括X86，Alpha，Motorola，Sparc，MIPS，PPC，NEC，ARM等众多芯片．1Linux应用于嵌入式系统的优点和需要解决的问题Linux基本满足嵌入式系统对操作系统的要求。首先，Linux是模块化设计的操作系统。用户可以方便地对其进行配置，去除系统不需要的模块以减小开销。第二，Linux已经成功地运行在多种体系的处理器上，其中大部分都可以用于嵌入式系统。第三，Linux体积小，其核心部分只有几百K。第四，Linux在进程管理、内存管理方面功能强大，可以满足嵌入式系统绝大多数应用的复杂要求。最后，Linux可靠

5、性较高，运行稳定。同时，Linux内核在网络方面的功能是非常完整的，提供了对各种以太网络以及无线网络、Tokenring、光纤甚至卫星的支持。显然，这些优势使得Linux非常适合作为嵌入式操作系统。然而Linux原本是一通用操作系统，将其应用到嵌入式系统会遇到一些诸如系统运行开销大、实时响应慢和系统移植性能弱等问题。本文针对上述问题进行分析并提出相应的解决方案。2嵌入式Linux相对于Linux内核的整体式结构（Monolithic），嵌入式系统面向具体应用、功能比较单一、存储容量小、资源有限，目前大多数嵌入式系统采用微内核技术。所谓微内核技术

6、是指将必需的功能（如进程管理、任务通信、中断处理、进程调度）放在内核中，而将那些不是非常重要的核心功能和服务（文件系统、存收稿日期：2004—02--23作者简介：宁志新，女，1979年生，在读硕士研究生，主要从事计算机控制与网络系统研究及嵌入式系统研究与设计。·64·齐齐哈尔大学学报2004年储管理、网络通信、设备管理）等作为内核之上可配置的部分。这样，整个操作系统就是由提供基本服务机制的微内核加上一些服务进程构成。它们既可以直接编译入内核，也可以通过模块（Module）方式动态加载。各个系统调用和服务都是由内核发消息到不同的服务进程，服务进

7、程执行相应的操作，然后以消息的方式返回内核。使用微内核的体系结构，使得EOS(EmbeddedOperatingSystem)体积很小，适于直接内嵌于硬件设备中；可配置性好，方便进行模块化的扩展。2.1裁剪内核Linux原本是多用户分时系统，它的设计目标是解决好多用户的交互问题。而嵌入式系统工作于单用户方式下，因此在开发嵌入式系统时许多方面都可以简化，以削减代码和空间。例如：1）由于不存在众多不同类型的外部设备，一些设备的驱动程序都能从现有的系统中删除。2）由于整个程序和应用程序规模较小，全部位于Flash、Memory或EPROM中，因此根本

8、没有必要采用现在庞大而复杂的虚拟存储机制，因此这部分代码可以屏蔽掉。3）由于进程的全部映像都在内存，因此可以将进程高级调度部分全部删除。4）缓冲池的组