浅谈嵌入式Linux

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摘要：伴随着 21 世纪的到来，计算机进入一个新的充满机遇的阶段。随着嵌入式应用领域得到蓬勃、快速的扩展，它对嵌入式操作系统也提出了更严格的要求，linux 操作系统由于其源代码开放、成本低、应用程序丰富等优点而受到广泛的关注。

关键词：Linux 嵌入式 可定制性 优点

近年来，嵌入式Linux得到了飞速的发展。嵌入式Linux的开发和研究是操作系统领域中的一个热点，目前己经开发成功的嵌入式系统中，大约有一半使用的是Linux。在嵌入式应用的领域里，从因特网设备到专用的控制系统，Linux操作系统的前景都很光明。由于Linux功能强大、可靠、灵活而且具有伸缩性，再加上它支持大量的微处理器体系结构、硬件设备、图形支持和通信协议，这些都使得它作为许多方案和产品的软件平台越来越流行。

Linux操作系统是UNIX操作系统的一种克隆系统，它诞生于1991年的10月5日。这是第一次正式向外公布的时间，以后借助于Internet网络，并通过全世界各地计算机爱好者的共同努力，已成为今天世界上使用最多的一种UNIX 类操作系统，并且使用人数还在迅猛增长

一、嵌入式Linux的可定制性

嵌入式系统的多样化特征，使得对嵌入式Linux必须具备一定的定制能力，使其能够满足特定嵌入式系统的要求。作为嵌入式操作系统的基本属性，可裁剪性是嵌入式操作系统应具备的、能够根据应用需求或硬件平台的变化，动态配置系统功能的能力。因此，嵌入式Linux本身提供的剪裁配置能力的高低，是衡量这种嵌入式操作系统是否具有广泛应用前景的重要指标。一般来说，嵌入式系统的定制分为源代码级定制和目标代码级的定制。源码级的定制不会给系统带来任何系统开销，但是它不能动态的定制，每次定制都需要重新生成系统。目标码级的定制可以动态配置，但它会带来一定的系统开销。

嵌入式Linux的可定制性有以下几种：

⑴可配置性

指在生成系统时，用户可以根据自己硬件平台的具体情况，对操作系统功能进行选择。

⑵可重配置性

因为硬件的功能变化大，性能提高快，所以操作系统应具有支持硬件不断升级的能力。可重配置性是指对于升级的硬件部件，系统要能够替换相关的一个或多个功能模块，使硬件升级的性能得以发挥，而不需要重新生成新系统。

⑶动态性

针对嵌入式系统资源相对较少的状况，要求系统的一些功能模块在不使用时可以换出内存，使用时可以动态加载，以提高嵌入式系统的资源利用率。

二、Linux 用作嵌入式系统的优点

⑴完全开发源代码

嵌入式 Linux 开放源代码，这使得学习、修改、剪裁 Linux 成为可能，嵌入式系统的设计者可以对嵌入式 Linux 进行二次开发，去掉操作系统的附加功能，只保留必须的操作系统功能，并且可以根据实际应用的需要，优化操作系统的代码，从而降低整个系统开销与能耗。而目前大多商用 RTOS，要么不提供源代码，要么购买源代码需要支付高额的版本费用。相比之下，嵌入式 Linux 的这一优点对于对成本和能耗极为敏感的嵌入式系统是十分重要的。

⑵成本低

GPL 协议保证了源自 Linux 的嵌入式， Linux 也是开放源代码的自由软件，也就是说，只要遵守 GPL 协议，嵌入式 Linux 操作系统的源代码可以自由获得。因此，使用嵌入式 Linux 开发嵌入式应用，用于购买操作系统软件的费用可以忽略不计。而商业的 RTOS，其操作系统的每个拷贝售价在几百美元到几万美元不等，如果需要操作系统的源代码，则还需要另外购买。另外，大多数嵌入式 Linux使用的开发工具也是遵守 GPL 协议的，同样可以自由获得。

⑶丰富的实用软件支持

Linux 操作系统是一个完整的、功能强大的操作系统，它提供了大量的实用程序和各种各样的应用软件。这些软件的正确性和有效性都经过了实际应用检验，嵌入式 Linux 可以根据需要，利用 Linux 提供的丰富的软件支持，迅速的构建嵌入式应用的软件环境。这可以显著地减小嵌入式系统软件开发的时间和费用，提高系统的可靠性。而商用的 RTOS 尽管也试图提供各种常用软件工具包支持，但是其数量是无法和 Linux 操作系统匹敌的。

三、与其他嵌入式系统相比的不同

从嵌入式系统技术发展以来，由于 Linux 相对于其他嵌入式操作系统有着诸多优点和长处，因此 Linux 一直在嵌入式应用中使用。但是 Linux 毕竟不是专为嵌入式应用开发所设计的操作系统，所以对标准 Linux 进行大量的修改成为大多数用户的工作，即发展成为嵌入式 Linux，而ucLinux就是诸多嵌入式 Linux 中最受欢迎和最具代表性的一个。

嵌入式 Linux 是一种非商业化的操作系统，同样遵循 GNU 许可，并且源代码完全开放，所以相对于其他嵌入式操作系统有以下特点：

（1）免费性

大多数开源的嵌入式 Linux 都是完全免费的，我们可以在相应的网站去下载所需的 Linux 源代码包。

（2）可定制性

嵌入式 Linux 一般采用模块化结构，所以我们可以根据系统需要裁剪和配置模块，达到定制的效果。

（3）可移植性

嵌入式 Linux 支持几乎全部的硬件平台，具有良好的移植特性。

（4）体积小

嵌入式 Linux 的内核体积小而且很紧凑。

（5）兼容性

良好的支持多数通用的操作系统。

Linux的有两点最基本的思想：第一，一切都是文件；第二，每个软件都有确定的用途。其中第一条详细来讲就是系统中的所有都归结为一个文件，包括命令、硬件和软件设备、操作系统、进程等等对于操作系统内核而言，都被视为拥有各自特性或类型的文件。至于说Linux是基于Unix的，很大程度上也是因为这两者的基本思想十分相近。

参考文献：

[1]刘淼.嵌入式系统接口设计与Linux驱动程序开发.北京航空航天大学出版，2006：62～64.

[2]赵德志.Linux操作系统实时性研究与应用.南京航空航天大学硕士学位论文，2011：23～29.

[3]李志辉、查建中，适合于嵌入式 Linux 应用的文件系统――JFFS，单片机与嵌入式系统，2002.

[4]李小群，"RFRTOS：一个基于Linux的实时操作系统”，中国科学院软件研究所博士论文，2002.