你了解嵌入式Linux么？嵌入式发展越来越普及，随着硬件的发展，嵌入式系统变得越来越复杂，很多行业都在应用嵌入式，在这里为你介绍嵌入式Linux。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。
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