在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用Linux深入探究
加入技術(shù)交流群
那時的計算機(jī)是專為特定的用戶設(shè)計，特殊的應(yīng)用程序指令、I/O設(shè)備和主要的計算設(shè)備集成在一起。微處理器的產(chǎn)生改變了這種局面，價格低廉、結(jié)構(gòu)小巧的 CPU和外設(shè)連接在總線上形成了比較大的系統(tǒng)。這種硬件架構(gòu)很穩(wěn)定，于是在這個基礎(chǔ)上，這建立起了通用的軟件開發(fā)環(huán)境和編程模式，且簡化了編程，。
軟件也在隨著硬件的發(fā)展而發(fā)展；開始只有簡單的工具用于編程和調(diào)試，而且每一個軟件都必須從頭編寫。程序大都采用宏匯編語言，匯編程序還不很完善，調(diào)試是一件很麻煩的事。因此一直到70年代的中期，模塊化編寫程序和標(biāo)準(zhǔn)化的運行庫才逐漸流行起來。在70年代的后期，出現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。它們采用匯編語言編寫，而且只能運行在相應(yīng)的特殊處理器上；處理器過時，則這個操作系統(tǒng)就沒有用處了，對新的處理器必須重新編寫操作系統(tǒng)的所有代碼。C語言出現(xiàn)以來，采用C語言操作系統(tǒng)更有效率了，操作系統(tǒng)的編寫有了很大的改觀。C語言有很好的穩(wěn)定性和可移植性，所以今天的許多操作系統(tǒng)都使用C來編寫。于是在 80年代末，出現(xiàn)了好幾個商業(yè)的嵌入式操作系統(tǒng)。而且它們已經(jīng)演化成為今天的主流嵌入式操作系統(tǒng)。比如很有名的、使用者眾多的操作系統(tǒng)：Vxwork、 pSOS、Neculeus和WindowssCE。
不過很多的嵌入式系統(tǒng)還沒有使用操作系統(tǒng)，它們僅僅包含一些控制流程而已。在嵌入式系統(tǒng)相對簡單的情況下，這些控制流足以應(yīng)付。但是，當(dāng)嵌入式系統(tǒng)的功能復(fù)雜后，簡單控制邏輯就不夠用了，這時你必須使用操作系統(tǒng)。如果不使用操作系統(tǒng)將會使得控制系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)復(fù)雜混亂，很容易出錯。再者，有些嵌入式系統(tǒng)需要接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，比如賓館的門鎖控制已經(jīng)需要接入網(wǎng)絡(luò)，因此就更需要嵌入式的操作系統(tǒng)來支持應(yīng)用軟件。
除了商業(yè)化的操作系統(tǒng)外，還有其他的有版權(quán)要求的非商業(yè)化嵌入式操作系統(tǒng)可以使用。然而今天的Linux 系統(tǒng)有著嵌入式操作系統(tǒng)需要的很多特色、突出的優(yōu)勢：適應(yīng)于多種CPU和多種硬件平臺，性能穩(wěn)定，裁剪性很好，開發(fā)和使用都很容易。因此，我們決定在嵌入式系統(tǒng)中使用Linux操作系統(tǒng)。
1．它具有很好的工具，可以跨越ICE等屏障
原來開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵是需要一套好用的開發(fā)和調(diào)試工具；而且在開發(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(tǒng)的開發(fā)調(diào)試工具就是ICE－在線仿真器；它取代目標(biāo)板的微處理器，給目標(biāo)程序提供仿真環(huán)境，同時可以連接監(jiān)視器；允許開發(fā)者調(diào)試和監(jiān)視程序的運行。盡管這種運行方式會引起一些奇怪的問題，但是它總能夠讓你明了程序在目標(biāo)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(shè)備價格非常貴。過去，甚至在整個開發(fā)期內(nèi)，開發(fā)嵌入式系統(tǒng)主要依靠這些調(diào)試工具?？墒?，我們發(fā)現(xiàn)，一旦軟硬件能夠正常支持串口的運行時，我們可以使用其他的調(diào)試辦法?，F(xiàn)代的嵌入式系統(tǒng)采用相當(dāng)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)行很多的開發(fā)調(diào)試。所以我們不用ICE也可以很好地開始開發(fā)和調(diào)試工作了，同時還降低開發(fā)費用。
Linux利用GNU項目的C編譯器來編譯程序，使用gdb源程序級調(diào)試器來調(diào)試程序。它們提供了合適的手段來使你能夠開發(fā)嵌入式的Linux系統(tǒng)。為了開發(fā)基于Linux的嵌入式系統(tǒng)，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,然后通過串口，指揮gdb 開始工作。以這種方式和另外一臺運行g(shù)db程序的Linux主機(jī)系統(tǒng)“交談”，通過串口，你可以很方便地讓gdb調(diào)試目標(biāo)程序。通過串口和gdb通訊，可以進(jìn)行C源程序級的調(diào)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。通過串口，使用gdb可以使得軟硬件的初始化代碼繼續(xù)運行到核心全部啟動。
一旦核心在運行了，你就可以使用其他的更好的調(diào)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。同時你就可以用GUI的xgdb來調(diào)試應(yīng)用程序。
2．滿足實時性時要求
細(xì)細(xì)分析起來，大多數(shù)系統(tǒng)并不需要嚴(yán)格的實時性。而嵌入式系統(tǒng)也經(jīng)常被誤解為就是實時性系統(tǒng)。其實，多數(shù)嵌入式系統(tǒng)并不需要實時性，而且實時性本身是個相對的概念絕對的實時性是指對需要的服務(wù)以限定的方式和在限定時間內(nèi)提供，比如在微秒級內(nèi)響應(yīng)。這種硬實時性功能只是針對特殊的設(shè)備而言，例如數(shù)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(shè)計的硬件也可以滿足。 linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
評論