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嵌入式linux启动过程

发布时间: 2022-08-22 04:07:44

A. 谁能给我说一下嵌入式linux的开发流程包括哪些步骤请详细介绍,谢谢了

嵌入式Linux开发流程

在一个嵌入式系统中使用Linux开发,根据应用需求的不同有不同的配置开发方法,但是一般都要经过如下的过程:

1.建立开发环境
操作系统一般使用RedHat-Linux,版本从7到9都可以,选择定制安装或全部安装,通过网络下载相应的GCC交叉编译器进行安装(例如arm-Linux-gcc、arm-μclibc-gcc),或者安装产品厂家提供的交叉编译器。

2.配置开发主机
配置MINICOM,一般的参数为波特率为115 200bps,数据位为8位,停止位为1,无奇偶校验,软件硬件流控设为无。在Windows下的超级终端的配置也是这样的。MINICOM软件的作用是作为调试嵌入式开发板的信息输出的监视器和键盘输入的工具。配置网络,主要是配置NFS网络文件系统,需要关闭防火墙,简化嵌入式网络调试环境设置过程。

3.建立引导装载程序BOOTLOADER
从网络上下载一些公开源代码的BOOTLOADER,如U-BOOT、BLOB、VIVI、LILO、ARM-BOOT、RED-BOOT等,根据自己具体的芯片进行移植修改。有些芯片没有内置引导装载程序,例如三星的ARM7、ARM9系列芯片,这样就需要编写开发板上Flash的烧写程序,网络上有免费下载的Windows下通过JTAG并口简易仿真器烧写ARM外围Flash芯片的烧写程序,也有Linux下的公开源代码的J-Flash程序。如果不能烧写自己的开发板,就需要根据自己的具体电路进行源代码修改。这是系统正常运行的第一步。如果购买了厂家的仿真器当然比较容易烧写Flash,这对于需要迅速开发自己产品的人来说可以极大地提高开发速度,但是其中的核心技术是无法了解的。

4.下载别人已经移植好的Linux操作系统
如μCLinux、ARM-Linux、PPC-Linux等,如果有专门针对所使用的CPU移植好的Linux操作系统那是再好不过的,下载后再添加自己的特定硬件的驱动程序,进行调试修改,对于带MMU的CPU可以使用模块方式调试驱动,对于μCLinux这样的系统则需编译进内核进行调试。

5.建立根文件系统
从www.busybox.net下载使用BUSYBOX软件进行功能裁减,产生一个最基本的根文件系统,再根据自己的应用需要添加其他程序。默认的启动脚本一般都不会符合应用的需要,所以就要修改根文件系统中的启动脚本,它的存放位置位于/etc目录下,包括:/etc/init.d/rc.S、/etc/profile、/etc/.profile等,自动挂装文件系统的配置文件/etc/fstab,具体情况会随系统不同而不同。根文件系统在嵌入式系统中一般设为只读,需要使用mkcramfs、genromfs等工具产生烧写映像文件。

6.建立应用程序的Flash磁盘分区
一般使用JFFS2或YAFFS文件系统,这需要在内核中提供这些文件系统的驱动,有的系统使用一个线性Flash(NOR型)512KB~32MB,有的系统使用非线性Flash(NAND型)8~512MB,有的两个同时使用,需要根据应用规划Flash的分区方案。

7.开发应用程序
应用程序可以放入根文件系统中,也可以放入YAFFS、JFFS2文件系统中,有的应用不使用根文件系统,直接将应用程序和内核设计在一起,这有点类似于μCOS-II的方式。

8.烧写内核、根文件系统、应用程序

9.发布产品

B. 结合嵌入式系统平台,简述Linux系统内核详细的引导过程并用流程框图加以说明.

可以自己跟内核代码 start_kernel()函数开始,或者网络“linux启动过程”

C. 嵌入式linux系统的启动流程是什么样的

1) 初始化 RAM
因为 Linux 内核一般都会在 RAM 中运行,所以在调用 Linux 内核之前 Bootloader 必须设置和初始化 RAM,为调用 Linux内核做好准备。初始化 RAM 的任务包括设置 CPU 的控制寄存器参数,以便能正常使用 RAM 以及检测RAM 大小等。
2) 初始化串口端口
在 Linux 的启动过程中有着非常重要的作用,它是 Linux内核和用户交互的方式之一。Linux 在启动过程中可以将信息通过串口输出,这样便可清楚的了解 Linux 的启动过程。虽然它并不是 Bootloader 必须要完成的工作,但是通过串口输出信息是调试 Bootloader 和Linux 内核的强有力的工具,所以一般的 Bootloader 都会在执行过程中初始化一个串口作为调试端口。
3) 检测处理器类型
Bootloader在调用 Linux内核前必须检测系统的处理器类型,并将其保存到某个常量中提供给 Linux 内核。Linux 内核在启动过程中会根据该处理器类型调用相应的初始化程序。
4) 设置 Linux启动参数
Bootloader在执行过程中必须设置和初始化 Linux 的内核启动参数。
5) 调用 Linux内核映像
Bootloader完成的最后一项工作便是调用 Linux内核。如果 Linux 内核存放在 Flash 中,并且可直接在上面运行(这里的 Flash 指 Nor Flash),那么可直接跳转到内核中去执行。但由于在 Flash 中执行代码会有种种限制,而且速度也远不及 RAM 快,所以一般的嵌入式系统都是将 Linux内核拷贝到 RAM 中,然后跳转到 RAM 中去执行。

D. 如何修改嵌入式linux启动进度条

1.分析
ARM-Linux启动时会先在LCD左上角显示一个ARMLINUX的小企鹅图案,也就是我们所说的bootlogo。
首先分析一下Logo的显示代码:
不难发现Logo显示是在加载显示驱动fb后由kernel/drivers/video/fbcon.c中的fbcon_show_logo函数来完成的。
fbcon_show_logo函数中有很多兼容性代码,不是都会用到的!
再仔细看一下,这里用到的显示数据均来自kernel/include/linux/linux_logo.h。这里同样也有一些兼容性的数据,其中对我们有用的是:
linux_logo_red[] —— 调色板中的红色分量
linux_logo_green[] —— 调色板中的绿色分量
linux_logo_blue[] —— 调色板中的蓝色分量
linux_logo[] —— Logo图案的点阵
以上数据都是不需要你修改的在fbcon_show_logo里只做了256色的显示,所以要先设置一个RGB调色板。这里的调色板是从0x20色开始编的,所以实际好象只有最多224色的显示。linux_logo.h里默认是做了一个214级的灰度调色板,如果想要更多色彩的话可以自已修改(注意调色板的颜色不能超过224种)
再看linux_logo[],这是Logo图案的点阵。因为是256色的图,所以每点为一个Byte。Logo图案是80*80大小,所以这里总共有6400 Byte。一共是800行,每行8 Byte即8 Point,每10行数据对应Logo图案中一行。可以先自己试试放一些简单图形进去显示看看。(同样注意颜色要从0x20开始,0-0x1f的32种颜色是不确定的)。


以上分析是针对系统原版内核256色80x80的启动图标的说明。而我们要通过修改或替代原内核文件,来实现我们制做公司的的启动图标,要求如下:
1.开发板起动以后以全屏显示即240x320模式显示
2.图像以224色彩显示
2.方案设计
当然你不会只想显示一些简单图形,而是希望能把自已做的图片放上去。建议使用PhotoShop8.0这里提供三个方法加工图片:
1)先搞一个256色调色板,前面32个颜色空着,把后面224种颜色设一下吧。注意要尽量把颜色选全一些,要能覆盖到整个颜色区域上。这样就有一个通用的调色板,可适用所有图片,但颜色的真实性稍差。然后把自己的图片打开,先将颜色设置到RGB空间里,然后裁剪/缩放到240x320象数的尺寸,再将颜色优化到先前定义好的调色板里,图片就加工好了。
2)不用通用调色板,打开自己的图片,先将颜色设置到RGB空间,裁剪/缩放到240x320象素的尺寸,然后指定优化为224色图象。这样图片就加工好了,但其调色板就是专用的,不适合用到其他图片里。
3)GIMP+FBLOGOGIMP为LINUX下一个绘图程序,我们使用它打开图片后在菜单栏先择:图片->模式->索引颜色,然后通过工具选项将图片大小调整到240x320象数大小,保存为.png格式。在使FBLOGO工具将其转换成linux_logo.h文件。
使用前两种方法加工图片,还需要把数据放到我们的linux_logo.h里。调色板可以直接保存为文件,然后可以通过自制的小程序读出来就可以了。图片的点阵比较难取,当然也可以自己做个程序去取屏幕上的点,不过比较困难。而后一种方法使用fblogo工具将用GIMP转换的图片文件自动生成linux_logo.h文件。
3.最终实施方案
通过以上内容分析,我们确定使用第三种方法GIMP加fblogo工具的方案进行实施,以下我们制做的流程及其方法:
软件环境:linux虚拟机、fblogo工具、linux下的图像编辑工具GIMP
硬件环境:X86PC机一台、优龙ST2410开发板一个、交叉网线一条。
1.调试并编译开发板所相对应的内核包,调试通过后保留.config配制文件,准备编译bootlogo时使用。
2.在linux上解压fblogo_0.52.tgz包,并进行软件安装,生成fblogo二进制可执行文件。
3.进入linux的kde图形界面,在终端下使用gimp命令运行gimp工具。
4.打开公司的logo.jpg图像文件,依次选择 图像->模式->索引颜色、并将其图片大小调至240x320象素,最后将文件保存为logo.png格式。
5.将上述文件保存到fblogo工具所在文件夹,首先在命令行下执行convert –colors 223 logo.png logo.png 将文件保存为224色素(目前fblogo工具仅支持到224色),接着再使用fblogo logo.png linux_logo.h 生成linux_logo.h内核启动代码中的图像缓冲区文件格式。
6.将linux_logo.h文件拷贝到kernel的include/linux目录即可。
7.重新编译linux系统内核,将生成的zImage内核镜像拷贝到windows下,准备对目标板进行烧写。
8.用串口将目标板与PC主机相连,接通电源,使用bnw工具进入目标板的bios程序并将生成的zImage内核镜像拷烧写到板子上,重起目标板,你会发现目标板上已经出现了美丽的logo图片。如果没有,请核对以上的步骤,并重新测试直到成功为止。
4 方案总结
4.1 方案实施过程中的关键问题
1.确保内核能够正常运行,编译时对开发板各硬件的驱动支持及其相关的配制,启动后能够自动加载文件系统。
2.安装fblogo工具,fblogo工具的编译需要使用到第三方的库文件libpng.so库以及zliba.a库的支持,编译成功后,在命令行试运行fblogo 如果安装成功将出现其使用的帮助信息。
3.fblogo工具对图片的要求是仅支持PNG格式的224色图片。
4.最后针对不同的开发板的LCD显示屏应使用与其相适应的图片大小,否则可能使系统无法正常工作。
4.2 方案实施后的遗留问题
由于使用到了logo的制做工具fblogo 所以图片在色彩上最大仅能支持到224色图片,在bootlogo启动文件linux_logo.h中有图像的色彩域点阵代码(即图片的16位进制的代码),如有需要可以自行修改,但其难度可想而知,建议可以将图片保存为TIF之类的非压缩格式,然后自已编写小程序将其从图象文件中的固定位置取点阵数据。
5 2.6内核启动Logo
在配置内核的时候选中了启动Logo的支持。
使用下面的方法可以将企鹅的Logo换成自己喜欢的任意图片。
首先准备一幅自己喜欢的图片,然后将背景涂成黑色。然后将该图片保存成png格式,例如linuxlogo.png。在Linux下使用下面的命令:
# pngtopnm linuxlogo.png > linuxlogo.pnm
# pnmquant 224 linuxlogo.pnm > linuxlogo224.pnm
# pnmtoplainpnm linuxlogo224.pnm > linuxlogo224.ppm
然后用生成的linuxlogo224.ppm替换/usr/src/linux-2.6.8.1/drivers/video/logo/logo_linux_clut224.ppm(最好先做好备份),然后删除同一目录下的logo_linux_clut224.c文件,重新编译内核,启动之后就可以在屏幕左上方看到自己的Logo了。

E. 嵌入式linux的bootloader的启动流程是怎样的

嵌入式 Linux 系统从软件角度看可以分为四个部分:引导加载程序(Bootloader), Linux 内核,文件系统,应用程序。

当系统首次引导时,或系统被重置时,处理器会执行一个位于Flash/ROM中的已知位置处的代码,Bootloader就是这第一段代码。它主要用来初始化处理器及外设,然后调用 Linux 内核。Linux 内核在完成系统的初始化之后需要挂载某个文件系统作为根文件系统(Root Filesystem),然后加载必要的内核模块,启动应用程序。这就是嵌入式Linux系统启动过程 Linux 引导的整个过程。

Bootloader 的启动方式:

  1. 网络启动方式。这种方式的开发板不需要较大的存储介质,跟无盘工作站有点类似,但是使用这种启动方式之前,需要把Bootloader安装到板上的EPROM或者Flash中。Bootloader通过以太网接口远程下载Linux内核映像或者文件系统。Bootloader下载文件一般都使用TFTP网络协议,还可以通过DHCP的方式动态配置IP地址。

  2. 硬盘启动方式
    传统的Linux系统运行在台式机或者服务器上,这些计算机一般都使用BIOS引导,并使用磁盘作为存储介质。Linux传统上是LILO (Linux Loader) 引导,后来又出现了GUN的软件 (Grand Unified Bootloader) 。 这两种Bootloader广泛应用在X86的Linux系统上。

  3. Flash启动方式。大多数嵌入式系统上都使用Flash存储介质。Flash有很多类型,包括NOR Flash、NAND Flash和其它半导体盘。它们之间的不同在于: NOR Flash 支持芯片内执行(XIP, eXecute In Place),这样代码可以在Flash上直接执行而不必拷贝到RAM中去执行。而NAND Flash并不支持XIP,所以要想执行 NAND Flash 上的代码,必须先将其拷贝到 RAM中去,然后跳到 RAM 中去执行。NOR Flash 使用最为普遍。Bootloader一般放在Flash的底端或者顶端,这需要根据处理器的复位向量来进行设置。可以配置成MTD设备来访问Flash分区。

F. 嵌入式linux 驱动设备识别过程

驱动程序识别设备时,有以下两种方法:
(1)驱动程序本身带有设备的信息,比如开始地址、中断号等:加载驱动程序时,就可以根据这些信息来识别设备。
(2)驱动程序本身没有设备的信息,但是内核中已经(或以后)根据其他方式确定了很多设备的信息;加载驱动程序时,将驱动程序与这些设备逐个比较,确定两者是否匹配(match)。如果驱动程序与某个设备匹配,就可以通过该驱动程序操作这个设备了。内核常使用第二种方法来识别设备,这可以将各种设备集中在-一个文件中管理,当开发板的配置改变时,便于修改代码。在内核文件includePnuxÔatform _device.h 中,定义了两个数据结构来表示这些设备和驱动程序: platform_ device 结构用来描述设备的名称、ID、所占用的资源(比如内存地址/大小、中断号)等; platform_ driver 结构用来描述各种操作函数, 比如枚举函数、移除设备函数、驱动的名称等。内核启动后,首先构造链表将描述设备的platform_device结构组织起来,得到一一个设备的列表:当加载某个驱动程序的platform_ driver 结构时,使用一.些匹配函数来检查驱动程序能否支持这些设备,常用的检查方法很简单:比较驱动程序和设备的名称。

G. 做一个嵌入式Linux系统究竟要做哪些工作

1、Linux 基础

安装Linux操作系统 Linux文件系统 Linux常用命令 Linux启动过程详解 熟悉Linux服务能够独立安装Linux操作系统
能够熟练使用Linux系统的基本命令 认识Linux系统的常用服务安装Linux操作系统 Linux基本命令实践 设置Linux环境变量 定制Linux的服务
Shell 编程基础使用vi编辑文件 使用Emacs编辑文件 使用其他编辑器

2、Shell 编程基础

Shell简介 认识后台程序Bash编程熟悉Linux系统下的编辑环境 熟悉Linux下的各种Shell 熟练进行shell编程熟悉vi基本操作
熟悉Emacs的基本操作 比较不同shell的区别 编写一个测试服务器是否连通的shell脚本程序 编写一个查看进程是否存在的shell脚本程序
编写一个带有循环语句的shell脚本程序

3、Linux 下的C 编程基础

linux C语言环境概述 Gcc使用方法 Gdb调试技术 Autoconf Automake Makefile 代码优化
熟悉Linux系统下的开发环境 熟悉Gcc编译器 熟悉Makefile规则编写Hello,World程序 使用 make命令编译程序 编写带有一个循环的程序
调试一个有问题的程序

4、嵌入式系统开发基础

嵌入式系统概述交叉编译 配置TFTP服务 配置NFS服务 下载Bootloader和内核
嵌入式Linux应用软件开发流程熟悉嵌入式系统概念以及开发流程 建立嵌入式系统开发环境制作cross_gcc工具链 编译并下载U-boot
编译并下载Linux内核 编译并下载Linux应用程序

5、嵌入式系统移植

Linux内核代码 平台相关代码分析 ARM平台介绍 平台移植的关键技术 移植Linux内核到 ARM平台 了解移植的概念
能够移植Linux内核移植Linux2.6内核到 ARM9开发板

6、嵌入式 Linux 下串口通信

串行I/O的基本概念 嵌入式Linux应用软件开发流程 Linux系统的文件和设备 与文件相关的系统调用 配置超级终端和MiniCOM
能够熟悉进行串口通信 熟悉文件I/O 编写串口通信程序 编写多串口通信程序

7、嵌入式系统中多进程程序设计

Linux系统进程概述 嵌入式系统的进程特点 进程操作 守护进程 相关的系统调用了解Linux系统中进程的概念 能够编写多进程程序编写多进程程序
编写一个守护进程程序 sleep系统调用任务管理、同步与通信 Linux任务概述任务调度 管道 信号 共享内存 任务管理 API 了解Linux系统任务管理机制
熟悉进程间通信的几种方式 熟悉嵌入式Linux中的任务间同步与通信编写一个简单的管道程序实现文件传输 编写一个使用共享内存的程序

8、嵌入式系统中多线程程序设计

线程的基础知识 多线程编程方法 线程应用中的同步问题了解线程的概念 能够编写简单的多线程程序编写一个多线程程序

9、嵌入式 Linux 网络编程

网络基础知识 嵌入式Linux中TCP/IP网络结构 socket 编程 常用 API函数 分析Ping命令的实现 基本UDP套接口编程 许可证管理
PPP协议 GPRS 了解嵌入式Linux网络体系结构 能够进行嵌入式Linux环境下的socket 编程 熟悉UDP协议、PPP协议 熟悉GPRS
使用socket 编写代理服务器 使用socket 编写路由器 编写许可证服务器 指出TCP和UDP的优缺点 编写一个web服务器 编写一个运行在
ARM平台的网络播放器

10、GUI 程序开发

GUI基础 嵌入式系统GUI类型 编译QT 进行QT开发熟悉嵌入式系统常用的GUI 能够进行QT编程使用QT编写“Hello,World”程序
调试一个加入信号/槽的实例 通过重载QWidget 类方法处理事件

11、Linux 字符设备驱动程序

设备驱动程序基础知识 Linux系统的模块 字符设备驱动分析 fs_operation结构 加载驱动程序了解设备驱动程序的概念
了解Linux字符设备驱动程序结构 能够编写字符设备驱动程序编写Skull驱动 编写键盘驱动 编写I/O驱动 分析一个看门狗驱动程序
对比Linux2.6内核与2.4内核中字符设备驱动的不同Linux 块设备驱动程序块设备驱动程序工作原理 典型的块设备驱动程序分析
块设备的读写请求队列了解Linux块设备驱动程序结构 能够编写简单的块设备驱动程序比较字符设备与块设备的异同 编写MMC卡驱动程序 分析一个文件系统
对比Linux2.6内核与2.4内核中块设备驱动的不同

12、文件系统

虚拟文件系统 文件系统的建立 ramfs内存文件系统 proc文件系统 devfs 文件系统 MTD技术简介 MTD块设备初始化
MTD块设备的读写操作了解Linux系统的文件系统 了解嵌入式Linux的文件系统 了解MTD技术 能够编写简单的文件系统为 ARM9开发板添加 MTD支持
移植JFFS2文件系统 通过proc文件系统修改操作系统参数 分析romfs 文件系统源代码 创建一个cramfs 文件系统

无论选择哪一方向,基本的linux的知识是需要具备的,其他还需要掌握的知识有ARM(最常用的一款嵌入式处理器)和C语言编程,每一方面知识的掌握熟练程度都最终决定了个人进行嵌入式linux开发的综合能力。

更多详情来源:《华清远见嵌入式学院》

H. 嵌入式Linux的开发流程包括哪些步骤请详细介绍。

这个问题,你可以直接买一本书来看,好多书上都有详细的例程,而且这些例程都是完整的。不过这些例程都是结合具体的板子开发,有比较高的针对性。

I. 关于嵌入试LINUX系统的资料谁有,谢谢!

我帮你查找了两个资料,你看看对你是否可以有点帮助;
嵌入式Linux系统的设计与应用
摘要:随着嵌入式Linux系统的迅速发展,嵌入式Linux已发展成为嵌入式操作系统的一个重要分支。本文介绍了嵌入式Linux的设计和几种流行的嵌入式Linux系统。

关键词:嵌入式Linux

一、引言

嵌入式系统(Embedded Systems)是根据应用的要求,将操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中,从而实现软件与硬件一体化的计算机系统。嵌入式系统出现于60年代晚期,它最初被用于控制机电电话交换机,如今已被广泛的应用于工业制造、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等众多领域。嵌入式系统在数量上远远超过了各种通用计算机系统:计算机系统核心CPU,每年在全球范围内的产量大概在二十亿颗左右,其中超过80%应用于各类专用性很强的嵌入式系统。

一般的说,凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统。和通用的计算平台相比,嵌入式系统往往具有功能单一、体积小、功耗低、可靠性高、剪裁性好、软硬件集成度高、计算能力相对较低等特点。多年来,嵌入式设备中没有操作系统,其主要原因有二:首先,诸如洗衣机、微波炉、电冰箱这样的设备仅仅需要一道简单的控制程序,以管理数量有限的按钮和指示灯,没有使用操作系统的必要;其次,它往往只具有有限的硬件资源,不足以支持一个操作系统。

然而,随着硬件的发展,嵌入式系统变得越来越复杂,最初的控制程序中逐步的加入了许多功能,而这些功能中有很多可以由操作系统提供。于是,在70年代末期出现了嵌入式操作系统(Embedded Operating Systems),它的出现大大简化了应用程序设计,并可以有效的保障软件质量和缩短开发周期。简单的ES一般并不使用操作系统,只包含一些控制流程,但是随着嵌入式操作系统在复杂性上的增长,简单的流程控制就不能满足系统的要求,这是就必须考虑使用操作系统做系统软件。因此,嵌入式操作系统就应运而生。

随着EOS的广泛应用,业界已推出一些应用比较成功的EOS产品。归纳起来EOS应该具有以下几个特点:小巧、实时性、可装卸、固化代码、弱交互性、强稳定性和统一的接口。目前使用最多的EOS产品包括有:Vxwork、QNX、PalmOS、WindowsCE、pSOS、Hopen OS(国内凯思集团公司自主研制开发)等。其中,Vxwork使用最为广泛、市场占有率最高,其突出特点是实时性强(采用优先级抢占和轮转调度等机制),除此之外,其可靠性和可剪裁性也相当不错。QNX是一种伸缩性极佳的系统,其核心加上实时POSIX环境和一个完整的窗口系统还不到一兆。相比之下,Microsoft WinCE的核心体积庞大,实时性能也差强人意,但由于Windows系列友好的用户界面和为程序员所熟悉的API,并捆绑IE、Office等应用程序,正逐渐获得更大的市场份额。而与这些商业化的操作系统相比,Linux已经越来越受到人们的注意。

二、嵌入式Linux概述

Linux是一个成熟而稳定的网络操作系统。将Linux植入嵌入式设备具有众多的优点。首先,Linux的源代码是开放的,任何人都可以获取并修改,用之开发自己的产品。其次,Lirmx是可以定制的,其系统内核最小只有约134kB。一个带有中文系统和图形用户界面的核心程序也可以做到不足1MB,并且同样稳定。另外,它和多数Unix系统兼容,应用程序的开发和移植相当容易。同时,由于具有良好的可移植性,人们已成功使Linux运行于数百种硬件平台之上。

然而,Linux并非专门为实时性应用而设计,因此如果想在对实时性要求较高的嵌入式系统中运行Linux,就必须为之添加实时软件模块。这些模块运行的内核空间正是操作系统实现进程调度、中断处理和程序执行的部分,因此错误的代码可能会破坏操作系统,进而影响整个系统的可靠性和稳定性。Linux的众多优点还是使它在嵌入式领域获得了广泛的应用,并出现了数量可观的嵌入式Linux系统。其中有代表性的包括:uClinux、ETLinux、ThinLinux、LOAF等。ETLinux通常用于在小型工业计算机,尤其是PC/104模块。ThinLinux面向专用的照相机服务器、X-10控制器、MP3播放器和其它类似的嵌入式应用。LOAF是Linux On A Floppy的缩略语,它运行在386平台上。

三、Linux作为嵌入式操作系统的优势

Linux作为嵌入式操作系统的优势主要有以下几点:

1、 可应用于多种硬件平台。Linux已经被移植到多种硬件平台,这对于经费,时间受限制的研究与开发项目是很有吸引力的。原型可以在标准平台上开发后移植到具体的硬件上,加快了软件与硬件的开发过程。Linux采用一个统一的框架对硬件进行管理,从一个硬件平台到另一个硬件平台的改动与上层应用无关。Linux可以随意地配置,不需要任何的许可证或商家的合作关系,源代码可以免费得到。这使得采用Linux作为操作系统不会遇到任何关于版权的纠纷。毫无疑问,这会节省大量的开发费用。本身内置网络支持,而目前嵌入式系统对网络支持要求越来越高。Linux的高度模块化使添加部件非常容易。

2、 Linux是一个和Unix相似、以内核为基础的、具有完全的内存访问控制,支持大量硬件(包括X86,Alpha、ARM和Motorola等现有的大部分芯片)等特性的一种通用操作系统。其程序源码全部公开,任何人可以修改并在GUN通用公共许可证(GNU General Public License)下发行。这样,开发人员可以对操作系统进行定制,适应其特殊需要。

3、 Linux带有Unix用户熟悉的完善的开发工具,几乎所有的Unix系统的应用软件都已移植到了Linux上。Linux还提供了强大的网络功能,有多种可选择窗口管理器(X Windows)。其强大的语言编译器GCC,C++等也可以很容易得到,不但成熟完善,而且使用方便。

四、嵌入式Linux的建立

完整的嵌入式Linux解决方案应包括嵌入式Linux操作系统内核、运行环境、图形化界面和应用软件等。由于嵌入式设备的特殊要求,嵌入式Linux解决方案中的内核、环境、GUI等都与标准Linux有很大不同,其主要挑战是如何在狭小的FLASH、ROM和内存中实现高质量的任务实时调度、图形化显示、网络通信等功能。

1、 精简内核

Linux内核有自己的结构体系,其中进程管理、内存管理和文件系统是其最基本的3个子系统。图1简单表示了它的框架。用户进程可直接通过系统调用或者函数库来访问内核资源。正因为Linux内核具有这样的结构,因此修改内核时必须注意各个子系统之间的协调。

嵌入式Linux内核一般由标准Linux内核裁剪而来。用户可根据需求配置系统,剔除不需的服务功能、文件系统和设备驱动。经过裁剪、压缩后的系统内核一般只有300k左右,十分适合嵌入式设备。同标准Linux不同的是嵌入式Linux必须要实现从FLASH或ROM的启动。标准Linux启动代码实现了系统初始化和从软盘、硬盘O盘区引导内核。嵌入式Linux一般保存在FLASH或ROM中,标准LILO无法引导。在支持直接从FLASH设备引导的系统中,如华恒公司的uClinux,引导程序主要完成对硬件系统的初始化工作和操作系统的解压、移位工作。在不支持直接从FLASH引导的系统中,FLASH设备只能作为非引导磁盘使用。此时,可采用先从硬盘或软盘加载一个小操作系统,如嵌入式DOS,然后再执行"Loadlin"加载程序从FLASH引导嵌入式Linux。

对标准Linux的修改主要是虚拟内存和调度程序部分的改动。因为标准Linux系统使用虚拟内存管理的目的是为了能同时运行多个进程,但是这样每个待运行的进程所能分配的CPU时间片就受限制,资源的使用效率就低。这样对于实时性要求较高的嵌入式系统来说,实时任务往往要求CPU具有很高的突发处理能力,即在有些时候需要极高的处理效率,因此需要屏蔽内核的虚拟内存管理机制。对于无硬盘设备的嵌入式系统,不必采用虚存管理。强实时需求的嵌入式应用可以通过修改任务调度模块实现,主要是在内核和设备驱动程序中加入了许多切换点。在该点处,系统检测是否存在未处理的紧急中断,有则剥夺内核的运行,及时处理中断。实现实时性服务的一个较好的方法是在标准的Linux内核上增加一个实时内核,标准Linux内核作为一个任务运行于实时内核上,强实时性任务也直接运行在实时内核上,如RT-Linux等。

文件系统是嵌入式Linux操作系统必不可少的。但标准Linux支持大量的文件系统,因此除了满足系统的正常运行需要而保留一种外,其它的全部可以删除,利用原有的设置选项可以移除。一般嵌入式设备文件系统主要使用RamDisk技术和网络文件系统技术。RamDisk可驻留于Flash,运行时加载到内存中。

2、 精简运行环境

Linux通常的运行环境指用户运行任何应用的基础设施,主要包括函数库和基本命令集等。标准Linux系统同时向用户提供了静态和动态函数库。静态函数库在生成应用时直接链接到用户应用中。动态库在应用运行时才链接。由于嵌入式系统应用一般都是在开发平台上预先生成的,因此嵌入式系统只需向应用提供动态函数库。Linux应用运行所需的函数库主要有C库、数学库、线程库、加密库、网络通信库等。其中最基本的是C语言的运行库glib。这个库主要完成基本的输入输出,内存访问,文件处理。一个标准的glib库大约要1200kB存储空间,考虑到嵌入式Linux内核往往很小,这种运行库实在太大,我们做了一些精简的工作,方法有两种:(1)、使用静态连接的方法,完全不使用运行库动态连接;(2)、对这个库的函数进行精简。

在一个桌面系统上,使用动态连接可以带来许多好处。使用动态连接库,可以让应用程序跟函数库的更新、升级分离,便于维护,可以让同时运行的多个程序共享一段代码。但是,在嵌入式系统中,很少有多个程序并行的可能,程序的维护,尤其是库函数的维护更新是不常见的。这时,使用静态连接的优势就极为明显。因为静态连接可以只将库中用到的部分连接进程序。在应用程序较少(小于5)的情况下,静态连接可以达到较好的结果。为了便于将来扩充的需要,我们也采用第二种方法,针对我们的需要,对库函数的内容进行精简,只保留一些基本功能,还有一种方法是采用其它的C语言运行库。但是这些库对兼容性影响很大。

基本命令集同样是运行用户应用的基础,主要包括初始化进程init,终端获取getty、Shell和基本命令等。嵌入式系统的启动过程可能与标准Linux不同,例如跳过登录过程直接启动GUI等。这就要求修改init,getty等。标准Linux命令集同样由于体积问题无法直接应用于嵌入式环境。目前,小命令集的解决方法主要有集成方法和汇编方法两种。集成方法采用集成公共部分减少命令集整体体积,用C实现,有较好的平台移植性;汇编方法则采用汇编编程减少每个命令的体积.这样可使体积很小但其平台移植性较差。

3、 嵌入式Linux下的GUI

GUI在嵌入式系统或者实时系统中的地位越来越重要,比如PDA、DVD播放机、WAP手机等,都需要一个完整.漂亮的图形用户界面。这些系统对GUI的基本要求包括:(1)、轻型、占用资源少;(2)、高性能;(3)、高可靠性;(4)、可配置。这些也成为评价嵌入式系统的重要指标。目前,嵌入式Linux上的GUI主要有winCE、Micro Window、紧缩的X Window、MiniGUI(国内做得较好的自由软件之一)。标准Linux的Xfree86由于体积庞大,运行环境要求高,无法运行于嵌入式环境。嵌入式GUI主要通过削减功能,降低性能来实现体积小和占用资源少。目前嵌入式Linux上的GUI环境主要有两类:X类和win32类。X类GUI分为服务方和客户方两方。服务器方提供鼠标、键盘处理和显示功能,客户方是用户应用,服务方和客户方通过socket接口和X协议通信。采用该方式十分有利于远程网络图形化服务,客户方和服务方可通过网络实现X协议和图形显示。典型的X类GUI有Micro Window、紧缩的X Window等。win32类的GUI不存在客户方和服务方,每个任务都自成一体,任何任务间的切换、事件分发由专门的管理任务负责。如wiCE、MiniGUI就是类似于win32类的GUI。

五、当前流行的几种嵌入式Linux系统

除了智能数字终端领域以外,Linux在移动计算平台、智能工业控制、金融业终端系统,甚至军事领域都有着广泛的应用前景。这些Linux被统称为"嵌入式Linux"。

1、RT-Linux

这是由美国墨西哥理工学院开发的嵌入式Linux操作系统。到目前为止,RT-Linux已经成功地应用于航天飞机的空间数据采集、科学仪器测控和电影特技图像处理等广泛领域。RT-Linux开发者并没有针对实时操作系统的特性而重写Linux的内核,因为这样做的工作量非常大,而且要保证兼容性也非常困难。为此,RT-Linux提出了精巧的内核,并把标准的Linux核心作为实时核心的一个进程,同用户的实时进程一起调度。这样对Linux内核的改动非常小,并且充分利用了Linux下现有的丰富的软件资源。

2、uClinux

uCLinux是Lineo公司的主打产品,同时也是开放源码的嵌入式Linux的典范之作。uCLinux主要是针对目标处理器没有存储管理单元MMU(Memory Management Unit) 的嵌入式系统而设计的。它已经被成功地移植到了很多平台上。由于没有MMU,其多任务的实现需要一定技巧。uCLinux是一种优秀的嵌入式Linux版本,是micro-Conrol-Linux的缩写。它秉承了标准Linux的优良特性,经过各方面的小型化改造,形成了一个高度优化的、代码紧凑的嵌入式Linux。虽然它的体积很小,却仍然保留了Linux的大多数的优点:稳定、良好的移植性、优秀的网络功能、对各种文件系统完备的支持和标准丰富的API。它专为嵌入式系统做了许多小型化的工作,目前已支持多款CPU。其编译后目标文件可控制在几百KB数量级,并已经被成功地移植到很多平台上。

3、Embedix

Embedix是由嵌入式Linux行业主要厂商之一Luneo推出的,是根据嵌入式应用系统的特点重新设计的Linux发行版本。Embedix提供了超过25种的Linux系统服务,包括Web服务器等。系统需要最小8MB内存,3MB ROM或快速闪存。Embedix基于Linux 2.2内核,并已经成功地移植到了Intel x86和PowerPC处理器系列上。像其它的Linux版本一样,Embedix可以免费获得。Luneo还发布了另一个重要的软件产品,它可以让在Windows CE上运行的程序能够在Embedix上运行。Luneo还将计划推出Embedix的开发调试工具包、基于图形界面的浏览器等。可以说,Embedix是一种完整的嵌入式Linux解决方案。

4、Xlinux

XLinux是由美国网虎公司推出,主要开发者是陈盈豪。他在加盟网虎几个月后便开发出了基于XLinux的、号称是世界上最小的嵌入式Linux系统,内核只有143KB,而且还在不断减小。XLinux核心采用了"超字符集"专利技术,让Linux核心不仅可能与标准字符集相容,还含盖了1 2个国家和地区的字符集。因此,XLinux在推广Linux的国际应用方面有独特的优势。

5、PoketLinux

由Agenda公司采用、作为其新产品"VR3PDA"的嵌入式Linux操作系统。它可以提供跨操作系统构造统一的、标准化的和开放的信息通信基础结构,在此结构上实现端到端方案的完整平台。PoketLinux资源框架开放,使普通的软件结构可以为所有用户提供一致的服务。PoketLinux平台使用户的视线从设备、平台和网络上移开,由此引发了信息技术新时代的产生。在PoketLinux中,称之为用户化信息交换(CIE),也就是提供和访问为每个用户需求而定制的"主题"信息的能力,而不管正在使用的设备是什么。

6、MidoriLinux

由Transmeta公司推出的MidoriLinux操作系统代码开放,在GUN普通公共许可(GPL)下发布,可以在http://midori.transmeta.com上立即获得。该公司有个名为"MidoriLinux计划"。"MidoriLinux"这个名字来源于日本的"绿色"---Midori,用来反映其Linux操作系统的环保外观。

7、红旗嵌入式Linux

由北京中科院红旗软件公司推出的嵌入式Linux是国内做得较好的一款嵌入式操作系统。目前,中科院计算所自行开发的开放源码的嵌入式操作系统---Easy Embedded OS(EEOS)也已经开始进入实用阶段了。该款嵌入式操作系统重点支持p-Java。系统目标一方面是小型化,另一方面能重用Linux的驱动和其它模块。由于有中科院计算所的强大科研力量做后盾,EEOS有望发展成为功能完善、稳定、可靠的国产嵌入式操作系统平台。

六、结束语

由于Linux是一个内核源代码开放、具备一整套工具链、有强大的网络支持及成本低廉的操作系统,因此嵌入式Linux自诞生起就秉承了这众多独特优势,这使它正在并越来越多地受到人们的关注。据Even Data数据显示,期望使用嵌入式Linux的用户从2001年的11%增到2002年27%,而同期Vxwork只是从16%到18%,Win CE从9%到14%。另外,在嵌入式Linux的各种应用市场中,通信(语音和数据)名列第一,2000年的销售额是1300万美元,而2005年预计将达到1.26亿美元,可以预见,嵌入式Linux将在未来的通信用嵌入式操作系统中占据强有力的地位

Linux是目前十分火爆的操作系统。它是由芬兰赫尔辛基大学的一个大学生Linus B. Torvolds在1991年首次编写的。标志性图标是一个可爱的小企鹅。

Linux是一种类Unix系统,Linus当时编写它的目的是为了替代一种名叫Minix的操作系统。Minix是由一个名叫Andrew Tannebaum的计算机教授编写的,当时由于Unix是一个商业软件,其源代码是不能拿来进行教学的,Andrew教授就自己编写了一个系统用于教学。最
初的Minix用一张软盘就能装下,麻雀虽小、五脏俱全,Minix具有一般操作系统的特征,它同时兼容Unix系统。

Linux是一个免费的操作系统,用户可以免费获得其源代码,并能够随意修改。它是在共用许可证GPL(General Public License)保护下的自由软件,也有好几种版本,如Red Hat Linux、Slackware,以及国内的Xteam Linux等。

Linux具有许多Unix系统的功能和特点,能够兼容Unix,但无需支付Unix高额的费用。比如一个Unix程序员在单位可以在Unix系统上进行工作,回到家里在Linux系统上也能完成同样的工作,而不必重新购买Unix。要知道Unix的价格比常见的Windows要高出若干倍,和Linux的低廉更是相距甚远。

Linux的应用也十分广泛。Sony最新的PS2游戏机就采用了Linux作为系统软件,使PS2摇身一变,成为了一台Linux工作站。着名的电影《泰坦尼克号》的数字技术合成工作就是利用100多台Linux服务器来完成的。

2001年8月17日,Linux发布了最新的Linux 2.4.9版,它也已经十岁了。

Linux的优点

Linux的流行是因为它具有许多诱人之处。

1、完全免费

Linux是一款免费的操作系统,用户可以通过网络或其他途径免费获得,并可以任意修改其源代码。这是其他的操作系统所做不到的。正是由于这一点,来自全世界的无数程序员参与了Linux的修改、编写工作,程序员可以根据自己的兴趣和灵感对其进行改变。这让Linux吸收了无数程序员的精华,不断壮大。

2、完全兼容POSIX 1.0标准

这使得可以在Linux下通过相应的模拟器运行常见的DOS、Windows的程序。这为用户从Windows转到Linux奠定了基础。许多用户在考虑使用Linux时,就想到以前在Windows下常见的程序是否能正常运行,这一点就消除了他们的疑虑。

3、多用户、多任务

Linux支持多用户,各个用户对于自己的文件设备有自己特殊的权利,保证了各用户之间互不影响。多任务则是现在电脑最主要的一个特点,Linux可以使多个程序同时并独立地运行。

4、良好的界面

Linux同时具有字符界面和图形界面。在字符界面用户可以通过键盘输入相应的指令来进行操作。它同时也提供了类似Windows图形界面的X-Windows系统,用户可以使用鼠标对其进行操作。在X-Windows环境中就和在Windows中相似,可以说是一个Linux版的Windows。

5、丰富的网络功能

互联网是在Unix的基础上繁荣起来的,Linux的网络功能当然不会逊色。它的网络功能和其内核紧密相连,在这方面Linux要优于其他操作系统。在Linux中,用户可以轻松实现网页浏览、文件传输、远程登陆等网络工作。并且可以作为服务器提供WWW、FTP、E-Mail等服务。

6、可靠的安全、稳定性能

Linux采取了许多安全技术措施,其中有对读、写进行权限控制、审计跟踪、核心授权等技术,这些都为安全提供了保障。Linux由于需要应用到网络服务器,这对稳定性也有比较高的要求,实际上Linux在这方面也十分出色。

7、支持多种平台

Linux可以运行在多种硬件平台上,如具有x86、680x0、SPARC、Alpha等处理器的平台。此外Linux还是一种嵌入式操作系统,可以运行在掌上电脑、机顶盒或游戏机上。2001年1月份发布的Linux 2.4版内核已经能够完全支持Intel 64位芯片架构。同时Linux也支持多处理器技术。多个处理器同时工作,使系统性能大大提高。

Linux的不足

由于在现在的个人电脑操作系统行业中,微软的Windows系统仍然占有大部分的份额,绝大多数的软件公司都支持Windows。这使得Windows上的应用软件应有尽有,而其他的操作系统就要少一些。许多用户在换操作系统的时候都会考虑以前的软件能否继续使用,换了操作系统后是否会不方便。虽然Linux具有DOS、Windows模拟器,可以运行一些Windows程序,但Windows系统极其复杂,模拟器所模拟的运行环境不可能完全与真实的Windows环境一模一样,这就使得一些软件无法正常运行。

许多硬件设备面对Linux的驱动程序也不足,不少硬件厂商是在推出Windows版本的驱动程序后才编写Linux版的。但一些大硬件厂商在这方面做得还不错,他们的Linux版驱动程序一般都推出得比较及时。

软件支持的不足是Linux最大的缺憾,但随着Linux的发展,越来越多的软件厂商会支持Linux,它应用的范围也越来越广。这只小企鹅的前景是十分光明的。

J. 系统学习嵌入式的步骤是什么

新手必读“嵌入式系统学习11大步骤”

1、Linux 基础
安装Linux操作系统 Linux文件系统 Linux常用命令 Linux启动过程详解 熟悉Linux服务能够独立安装Linux操作系统 能够熟练使用Linux系统的基本命令 认识Linux系统的常用服务安装Linux操作系统 Linux基本命令实践 设置Linux环境变量 定制Linux的服务 Shell 编程基础使用vi编辑文件 使用Emacs编辑文件 使用其他编辑器
2、Shell 编程基础
Shell简介 认识后台程序Bash编程熟悉Linux系统下的编辑环境 熟悉Linux下的各种Shell 熟练进行shell编程熟悉vi基本操作 熟悉Emacs的基本操作 比较不同shell的区别 编写一个测试服务器是否连通的shell脚本程序 编写一个查看进程是否存在的shell脚本程序 编写一个带有循环语句的shell脚本程序 (更多相关内容请关注:东方赛富——国内一流嵌入式培训学院)
3、Linux 下的 C 编程基础
linux C语言环境概述 Gcc使用方法 Gdb调试技术 Autoconf Automake Makefile 代码优化 熟悉Linux系统下的开发环境 熟悉Gcc编译器 熟悉Makefile规则编写Hello,World程序 使用 make命令编译程序 编写带有一个循环的程序 调试一个有问题的程序
4、嵌入式系统开发基础
嵌入式系统概述 交叉编译 配置TFTP服务 配置NFS服务 下载Bootloader和内核 嵌入式Linux应用软件开发流程熟悉嵌入式系统概念以及开发流程 建立嵌入式系统开发环境制作cross_gcc工具链 编译并下载U-boot 编译并下载Linux内核 编译并下载Linux应用程序
4、嵌入式系统移植
Linux内核代码 平台相关代码分析 ARM平台介绍 平台移植的关键技术 移植Linux内核到 ARM平台 了解移植的概念 能够移植Linux内核移植Linux2.6内核到 ARM9开发板
5、嵌入式 Linux 下串口通信
串行I/O的基本概念 嵌入式Linux应用软件开发流程 Linux系统的文件和设备 与文件相关的系统调用 配置超级终端和MiniCOM 能够熟悉进行串口通信 熟悉文件I/O 编写串口通信程序 编写多串口通信程序(更多相关内容请关注:东方赛富——国内一流嵌入式培训学院)
6、嵌入式系统中多进程程序设计
Linux系统进程概述 嵌入式系统的进程特点 进程操作 守护进程 相关的系统调用了解Linux系统中进程的概念 能够编写多进程程序编写多进程程序 编写一个守护进程程序 sleep系统调用任务管理、同步与通信 Linux任务概述任务调度 管道 信号 共享内存 任务管理 API 了解Linux系统任务管理机制 熟悉进程间通信的几种方式 熟悉嵌入式Linux中的任务间同步与通信编写一个简单的管道程序实现文件传输 编写一个使用共享内存的程序
7、嵌入式系统中多线程程序设计
线程的基础知识 多线程编程方法 线程应用中的同步问题了解线程的概念 能够编写简单的多线程程序编写一个多线程程序
8、嵌入式 Linux 网络编程
网络基础知识 嵌入式Linux中TCP/IP网络结构 socket 编程 常用 API函数 分析Ping命令的实现 基本UDP套接口编程 许可证管理 PPP协议 GPRS 了解嵌入式Linux网络体系结构 能够进行嵌入式Linux环境下的socket 编程 熟悉UDP协议、PPP协议 熟悉GPRS 使用socket 编写代理服务器 使用socket 编写路由器 编写许可证服务器 指出TCP和UDP的优缺点 编写一个web服务器 编写一个运行在 ARM平台的网络播放器
9、GUI 程序开发
GUI基础 嵌入式系统GUI类型 编译QT 进行QT开发熟悉嵌入式系统常用的GUI 能够进行QT编程使用QT编写“Hello,World”程序 调试一个加入信号/槽的实例 通过重载QWidget 类方法处理事件(更多相关内容请关注:东方赛富——国内一流嵌入式培训学院)
10、Linux 字符设备驱动程序
设备驱动程序基础知识 Linux系统的模块 字符设备驱动分析 fs_operation结构 加载驱动程序了解设备驱动程序的概念 了解Linux字符设备驱动程序结构 能够编写字符设备驱动程序编写Skull驱动 编写键盘驱动 编写I/O驱动 分析一个看门狗驱动程序 对比Linux2.6内核与2.4内核中字符设备驱动的不同Linux 块设备驱动程序块设备驱动程序工作原理 典型的块设备驱动程序分析 块设备的读写请求队列了解Linux块设备驱动程序结构 能够编写简单的块设备驱动程序比较字符设备与块设备的异同 编写MMC卡驱动程序 分析一个文件系统 对比Linux2.6内核与2.4内核中块设备驱动的不同
11、文件系统
虚拟文件系统 文件系统的建立 ramfs内存文件系统 proc文件系统 devfs 文件系统 MTD技术简介 MTD块设备初始化 MTD块设备的读写操作了解Linux系统的文件系统 了解嵌入式Linux的文件系统 了解MTD技术 能够编写简单的文件系统为 ARM9开发板添加 MTD支持 移植JFFS2文件系统 通过proc文件系统修改操作系统参数 分析romfs 文件系统源代码 创建一个cramfs 文件系统 (更多相关内容请关注:东方赛富——国内一流嵌入式培训学院)

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