嵌入式Linux系統基礎知識

這些嵌入式Linux系統基礎知識你應該知道！

一、嵌入式Linux系統的構成

1、硬體

2、內核

3、應用程序（形成根文件系統）

二、構建嵌入式Linux系統的主要任務

1、內核部分

2、應用程序部分

嵌入式Linux的開發大致可分為三個層次：引導裝載內核、構造文件系統和圖形用戶界面。作為操作系統重要組成部分的文件系統，決定了操作系統本身的信息和用戶的數據在存儲設備上的組織形式。對嵌入式文件系統的研究、設計和開發也逐漸成為嵌入式系 統研究領域的一個方向。

三、內核精簡

在精簡內核在編譯內核之前，首先要明確需要哪些驅動和模塊，然後只選擇需要的驅動和模塊，

例如，如果系統不需要網路支持，則可以去掉網路模塊 。

內核一般是以壓縮方式存放的，在系統啟動時會自行解壓。

內核都是常駐內存的，當需要調用應用程序時，再把需要的程序從磁碟調入內存運行。

四、嵌入式系統的組成

1、嵌入式硬體（嵌入式處理器和嵌入式外圍設備）

2、嵌入式操作系統

3、嵌入式應用軟體

嵌入式處理器

嵌入式系統的核心是各種類型的嵌入式處理器，嵌入式處理器與通用處理器最大的不同點在於，嵌入式CPU大多工作在為特定用戶群所專門設計的系統中，它將通用CPU中許多由板卡完成的任務集成到晶元內部，從而有利於嵌入式系統在設計時趨於小型化，同時還具有很高的效率和可靠性。

嵌入式處理器的體系結構經歷了從CISC（複雜指令集）至RISC（精簡指令集）和Compact RISC的轉變，位數則由4位、8位、16位、32位逐步發展到64位。目前常用的嵌入式處理器可分為低端的嵌入式微控制器（Micro Controller Unit，MCU）、中高端的嵌入式微處理器（Embedded Micro Processor Unit，EMPU）、用於計算機通信領域的嵌入式DSP處理器（Embedded Digital Signal Processor，EDSP）和高度集成的嵌入式片上系統（System On Chip，SOC）。

目前幾乎每個半導體製造商都生產嵌入式處理器，並且越來越多的公司開始擁有自主的處理器設計部門，據不完全統計，全世界嵌入式處理器已經超過1000多種，流行的體系結構有30多個系列。

嵌入式外圍設備

在嵌入系統硬體系統中，除了中心控制部件（MCU、DSP、EMPU、SOC）以外，用於完成存儲、通信、調試、顯示等輔助功能的其他部件，事實上都可以算作嵌入式外圍設備。目前常用的嵌入式外圍設備按功能可以分為存儲設備、通信設備和顯示設備三類。

存儲設備主要用於各類數據的存儲，常用的有靜態易失型存儲器（RAM、SRAM）、動態存儲器（DRAM）和非易失型存儲器（ROM、EPROM、EEPROM、FLASH）三種，其中FLASH憑藉其可擦寫次數多、存儲速度快、存儲容量大、價格便宜等優點，在嵌入式領域內得到了廣泛應用。

目前存在的絕大多數通信設備都可以直接在嵌入式系統中應用，包括RS-232介面（串列通信介面）、SPI（串列外圍設備介面）、IrDA（紅外線介面）、I2C（現場匯流排）、USB（通用串列匯流排介面）、Ethernet（乙太網介面）等。

由於嵌入式應用場合的特殊性，通常使用的是陰極射線管（CRT）、液晶顯示器（LCD）和觸摸板（Touch Panel）等外圍顯示設備。

嵌入式操作系統

為了使嵌入式系統的開發更加方便和快捷，需要有專門負責管理存儲器分配、中斷處理、任務調度等功能的軟體模塊，這就是嵌入式操作系統。嵌入式操作系統是用來支持嵌入式應用的系統軟體，是嵌入式系統極為重要的組成部分，通常包括與硬體相關的底層驅動程序、系統內核、設備驅動介面、通信協議、圖形用戶界面（GUI）等。

嵌入式操作系統具有通用操作系統的基本特點，如能夠有效管理複雜的系統資源，能夠對硬體進行抽象，能夠提供庫函數、驅動程序、開發工具集等。但與通用操作系統相比較，嵌入式操作系統在系統實時性、硬體依賴性、軟體固化性以及應用專用性等方面，具有更加鮮明的特點。

嵌入式操作系統根據應用場合可以分為兩大類：一類是面向消費電子產品的非實時系統，這類設備包括個人數字助理（PDA）、行動電話、機頂盒（STB）等；另一類則是面向控制、通信、醫療等領域的實時操作系統，如WindRiver公司的VxWorks、QNX系統軟體公司的QNX等。

實時系統（Real Time System）是一種能夠在指定或者確定時間內完成系統功能，並且對外部和內部事件在同步或者非同步時間內能做出及時響應的系統。在實時系統中，操作的正確性不僅依賴於邏輯設計的正確程度，而且與這些操作進行的時間有關，也就是說，實時系統對邏輯和時序的要求非常嚴格，如果邏輯和時序控制出現偏差將會產生嚴重後果。

實時系統主要通過三個性能指標來衡量系統的實時性，即響應時間（Response Time）、生存時間（Survival Time）和吞吐量（Throughput）：

響應時間

是實時系統從識別出一個外部事件到做出響應的時間。

生存時間　

是數據的有效等待時間，數據只有在這段時間內才是有效的。

吞吐量　　　

是在給定的時間內系統能夠處理的事件總數，吞吐量通常比平均響應時間的倒數要小一點。

嵌入式應用軟體

嵌入式應用軟體是針對特定應用領域，基於某一固定的硬體平台，用來達到用戶預期目標的計算機軟體，由於用戶任務可能有時間和精度上的要求，因此有些嵌入式應用軟體需要特定嵌入式操作系統的支持。嵌入式應用軟體和普通應用軟體有一定的區別，它不僅要求其準確性、安全性和穩定性等方面能夠滿足實際應用的需要，而且還要儘可能地進行優化，以減少對系統資源的消耗，降低硬體成本。

五、如何構建嵌入式Linux系統的設計步驟

嵌入式系統目前主要有：Windows CE、VxWorks、QNX等，它們都具較好的實時性、系統可靠性、任務處理隨機性等優點。但是它們的價格普遍偏高，很多開發商承受不起。因而，Linux操作系統成為嵌入式操作系統的首選。

六、 Linux操作系統成為嵌入式操作系統首選的原因

在精簡內核在編譯內核之前，首先要明確需要那些驅動和模塊，然後只選擇需要的驅動和模塊，例如，如果系統不需要網路支持，則可以去掉網路模塊 。內核一般是以壓縮方式存放的，在系統啟動時會自行解壓。內核都是常駐內存的，當需要調用應用程序時，再把需要的程序從磁碟調入內存運行。