在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用Linux深入探究
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那時(shí)的計(jì)算機(jī)是專為特定的用戶設(shè)計(jì)，特殊的應(yīng)用程序指令、I/O設(shè)備和主要的計(jì)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(jià)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(gè)基礎(chǔ)上，這建立起了通用的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境和編程模式，且簡(jiǎn)化了編程，。
軟件也在隨著硬件的發(fā)展而發(fā)展；開(kāi)始只有簡(jiǎn)單的工具用于編程和調(diào)試，而且每一個(gè)軟件都必須從頭編寫(xiě)。程序大都采用宏匯編語(yǔ)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(xiě)程序和標(biāo)準(zhǔn)化的運(yùn)行庫(kù)才逐漸流行起來(lái)。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(yǔ)言編寫(xiě)，而且只能運(yùn)行在相應(yīng)的特殊處理器上；處理器過(guò)時(shí)，則這個(gè)操作系統(tǒng)就沒(méi)有用處了，對(duì)新的處理器必須重新編寫(xiě)操作系統(tǒng)的所有代碼。C語(yǔ)言出現(xiàn)以來(lái)，采用C語(yǔ)言操作系統(tǒng)更有效率了，操作系統(tǒng)的編寫(xiě)有了很大的改觀。C語(yǔ)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(lái)編寫(xiě)。于是在 80年代末，出現(xiàn)了好幾個(gè)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(guò)很多的嵌入式系統(tǒng)還沒(méi)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(duì)簡(jiǎn)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(jiǎn)單控制邏輯就不夠用了，這時(shí)你必須使用操作系統(tǒng)。如果不使用操作系統(tǒng)將會(huì)使得控制系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)復(fù)雜混亂，很容易出錯(cuò)。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(lái)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(shì)：適應(yīng)于多種CPU和多種硬件平臺(tái)，性能穩(wěn)定，裁剪性很好，開(kāi)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(lái)開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵是需要一套好用的開(kāi)發(fā)和調(diào)試工具；而且在開(kāi)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(kāi)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(shí)可以連接監(jiān)視器；允許開(kāi)發(fā)者調(diào)試和監(jiān)視程序的運(yùn)行。盡管這種運(yùn)行方式會(huì)引起一些奇怪的問(wèn)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(duì)底層的軟硬件接口的猜測(cè)。但是，這種設(shè)備價(jià)格非常貴。過(guò)去，甚至在整個(gè)開(kāi)發(fā)期內(nèi)，開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)主要依靠這些調(diào)試工具。可是，我們發(fā)現(xiàn)，一旦軟硬件能夠正常支持串口的運(yùn)行時(shí)，我們可以使用其他的調(diào)試辦法。現(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(kāi)發(fā)調(diào)試。所以我們不用ICE也可以很好地開(kāi)始開(kāi)發(fā)和調(diào)試工作了，同時(shí)還降低開(kāi)發(fā)費(fèi)用。
Linux利用GNU項(xiàng)目的C編譯器來(lái)編譯程序，使用gdb源程序級(jí)調(diào)試器來(lái)調(diào)試程序。它們提供了合適的手段來(lái)使你能夠開(kāi)發(fā)嵌入式的Linux系統(tǒng)。為了開(kāi)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(guò)串口，指揮gdb 開(kāi)始工作。以這種方式和另外一臺(tái)運(yùn)行g(shù)db程序的Linux主機(jī)系統(tǒng)“交談”，通過(guò)串口，你可以很方便地讓gdb調(diào)試目標(biāo)程序。通過(guò)串口和gdb通訊，可以進(jìn)行C源程序級(jí)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(chǔ)器。通過(guò)串口，使用gdb可以使得軟硬件的初始化代碼繼續(xù)運(yùn)行到核心全部啟動(dòng)。
一旦核心在運(yùn)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(lái)。同時(shí)你就可以用GUI的xgdb來(lái)調(diào)試應(yīng)用程序。
2．滿足實(shí)時(shí)性時(shí)要求
細(xì)細(xì)分析起來(lái)，大多數(shù)系統(tǒng)并不需要嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性。而嵌入式系統(tǒng)也經(jīng)常被誤解為就是實(shí)時(shí)性系統(tǒng)。其實(shí)，多數(shù)嵌入式系統(tǒng)并不需要實(shí)時(shí)性，而且實(shí)時(shí)性本身是個(gè)相對(duì)的概念絕對(duì)的實(shí)時(shí)性是指對(duì)需要的服務(wù)以限定的方式和在限定時(shí)間內(nèi)提供，比如在微秒級(jí)內(nèi)響應(yīng)。這種硬實(shí)時(shí)性功能只是針對(duì)特殊的設(shè)備而言，例如數(shù)字信號(hào)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(jì)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）
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