這些嵌入式Linux系統基礎知識你應該知道！

技術(shù)小白

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、硬件
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(wù)
1、內核部分
2、應用程序部分
嵌入式Linux的開(kāi)發(fā)大致可分為三個(gè)層次：引導裝載內核、構造文件系統和圖形用戶(hù)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(hù)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(kāi)發(fā)也逐漸成為嵌入式系 統研究領(lǐng)域的一個(gè)方向。
三、內核精簡(jiǎn)
在精簡(jiǎn)內核在編譯內核之前，首先要明確需要哪些驅動(dòng)和模塊，然后只選擇需要的驅動(dòng)和模塊，


例如，如果系統不需要網(wǎng)絡(luò )支持，則可以去掉網(wǎng)絡(luò )模塊 。


內核一般是以壓縮方式存放的，在系統啟動(dòng)時(shí)會(huì )自行解壓。


內核都是常駐內存的，當需要調用應用程序時(shí)，再把需要的程序從磁盤(pán)調入內存運行。
四、嵌入式系統的組成
1、嵌入式硬件（嵌入式處理器和嵌入式外圍設備）  
2、嵌入式操作系統  
3、嵌入式應用軟件
嵌入式處理器
嵌入式系統的核心是各種類(lèi)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(diǎn)在于，嵌入式CPU大多工作在為特定用戶(hù)群所專(zhuān)門(mén)設計的系統中，它將通用CPU中許多由板卡完成的任務(wù)集成到芯片內部，從而有利于嵌入式系統在設計時(shí)趨于小型化，同時(shí)還具有很高的效率和可靠性。


嵌入式處理器的體系結構經(jīng)歷了從CISC（復雜指令集）至RISC（精簡(jiǎn)指令集）和Compact RISC的轉變，位數則由4位、8位、16位、32位逐步發(fā)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）、用于計算機通信領(lǐng)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(gè)半導體制造商都生產(chǎn)嵌入式處理器，并且越來(lái)越多的公司開(kāi)始擁有自主的處理器設計部門(mén)，據不完全統計，全世界嵌入式處理器已經(jīng)超過(guò)1000多種，流行的體系結構有30多個(gè)系列。
嵌入式外圍設備
在嵌入系統硬件系統中，除了中心控制部件（MCU、DSP、EMPU、SOC）以外，用于完成存儲、通信、調試、顯示等輔助功能的其他部件，事實(shí)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(lèi)。


存儲設備主要用于各類(lèi)數據的存儲，常用的有靜態(tài)易失型存儲器（RAM、SRAM）、動(dòng)態(tài)存儲器（DRAM）和非易失型存儲器（ROM、EPROM、EEPROM、FLASH）三種，其中FLASH憑借其可擦寫(xiě)次數多、存儲速度快、存儲容量大、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在嵌入式領(lǐng)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接口（串行通信接口）、SPI（串行外圍設備接口）、IrDA（紅外線(xiàn)接口）、I2C（現場(chǎng)總線(xiàn)）、USB（通用串行總線(xiàn)接口）、Ethernet（以太網(wǎng)接口）等。


由于嵌入式應用場(chǎng)合的特殊性，通常使用的是陰極射線(xiàn)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(kāi)發(fā)更加方便和快捷，需要有專(zhuān)門(mén)負責管理存儲器分配、中斷處理、任務(wù)調度等功能的軟件模塊，這就是嵌入式操作系統。嵌入式操作系統是用來(lái)支持嵌入式應用的系統軟件，是嵌入式系統極為重要的組成部分，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅動(dòng)程序、系統內核、設備驅動(dòng)接口、通信協(xié)議、圖形用戶(hù)界面（GUI）等。


嵌入式操作系統具有通用操作系統的基本特點(diǎn)，如能夠有效管理復雜的系統資源，能夠對硬件進(jìn)行抽象，能夠提供庫函數、驅動(dòng)程序、開(kāi)發(fā)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(shí)時(shí)性、硬件依賴(lài)性、軟件固化性以及應用專(zhuān)用性等方面，具有更加鮮明的特點(diǎn)。


嵌入式操作系統根據應用場(chǎng)合可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是面向消費電子產(chǎn)品的非實(shí)時(shí)系統，這類(lèi)設備包括個(gè)人數字助理（PDA）、移動(dòng)電話(huà)、機頂盒（STB）等；另一類(lèi)則是面向控制、通信、醫療等領(lǐng)域的實(shí)時(shí)操作系統，如WindRiver公司的VxWorks、QNX系統軟件公司的QNX等。


實(shí)時(shí)系統（Real Time System）是一種能夠在指定或者確定時(shí)間內完成系統功能，并且對外部和內部事件在同步或者異步時(shí)間內能做出及時(shí)響應的系統。在實(shí)時(shí)系統中，操作的正確性不僅依賴(lài)于邏輯設計的正確程度，而且與這些操作進(jìn)行的時(shí)間有關(guān)，也就是說(shuō)，實(shí)時(shí)系統對邏輯和時(shí)序的要求非常嚴格，如果邏輯和時(shí)序控制出現偏差將會(huì )產(chǎn)生嚴重后果。


實(shí)時(shí)系統主要通過(guò)三個(gè)性能指標來(lái)衡量系統的實(shí)時(shí)性，即響應時(shí)間（Response Time）、生存時(shí)間（Survival Time）和吞吐量（Throughput）：


響應時(shí)間
是實(shí)時(shí)系統從識別出一個(gè)外部事件到做出響應的時(shí)間。


生存時(shí)間　
是數據的有效等待時(shí)間，數據只有在這段時(shí)間內才是有效的。


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


嵌入式應用軟件
嵌入式應用軟件是針對特定應用領(lǐng)域，基于某一固定的硬件平臺，用來(lái)達到用戶(hù)預期目標的計算機軟件，由于用戶(hù)任務(wù)可能有時(shí)間和精度上的要求，因此有些嵌入式應用軟件需要特定嵌入式操作系統的支持。嵌入式應用軟件和普通應用軟件有一定的區別，它不僅要求其準確性、安全性和穩定性等方面能夠滿(mǎn)足實(shí)際應用的需要，而且還要盡可能地進(jìn)行優(yōu)化，以減少對系統資源的消耗，降低硬件成本。
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(shí)時(shí)性、系統可靠性、任務(wù)處理隨機性等優(yōu)點(diǎn)。但是它們的價(jià)格普遍偏高，很多開(kāi)發(fā)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(jiǎn)內核在編譯內核之前，首先要明確需要那些驅動(dòng)和模塊，然后只選擇需要的驅動(dòng)和模塊，例如，如果系統不需要網(wǎng)絡(luò )支持，則可以去掉網(wǎng)絡(luò )模塊 。內核一般是以壓縮方式存放的，在系統啟動(dòng)時(shí)會(huì )自行解壓。內核都是常駐內存的，當需要調用應用程序時(shí)，再把需要的程序從磁盤(pán)調入內存運行。


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