工控机嵌入式操作系统Linux概述

Linux嵌入式系统操作系统开发简介
    　　嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础、软硬件均可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。其发展已有二十多年的历史，国际上也出现了一些着名的嵌入式操作系统，如VxWorks，Palm OS，Windows CE等等，但这些操作系统均属于商品化产品，价格昂贵且由于源代码不公开导致了诸如对设备的支持 ，应用软件的移植等一系列的问题。而Linux作为一种优秀的Free OS，近几年在嵌入式领域异军突起，成为了最有潜力的嵌入式操作系统。
    　　嵌入式Linux融合了嵌入式和Linux的特点，其开发与一般的应用程序开发相比有着自己的特点，下面简要的介绍一下嵌入式Linux开发的一般过程。
    　　了解硬件是首要的一步，这是嵌入式开发的特点决定的。了解硬件指的是了解整个硬件，判断硬件对于当前的应用来说是否合适。嵌入式系统中需要使用到CPU和各种外围设备，由此需要收集相关硬件的资料，包括CPU，芯片手册和各种外围设备的手册以及相关的各种电路图等，并对整体系统有较深入的了解。
    　　了解硬件后，下一步就该准备需要使用的Linux工具以及其他工具，这些工具包括：针对所用CPU的编译器/汇编器/连接器,相应的库工具,目标文件分析/管理工具,符号查看器等等。幸运的是，由于Linux的开放性，针对不同目标平台的Linux工具都可在网上免费得到，绝大部分的这些工具都由GNU提供。所需要的其他工具还包括硬件厂商提供给公司的工具，如编程器，下载工具和查错器等等。所有这些工具对以后的开发、调试等都可说是必不可少的。
    　　做好以上的准备工作后，就要进入实质性的工作阶段了。首先需要安排内存地址，如SDRAM的内存地址，Flash的内存地址等，这需要与实际应用和硬件状况相结合来考虑，要根据硬件的限制以及实际应用的需要对内存地址进行合理的安排，同时要注意内存地址的安排要具有一定的伸缩性，以便于将来需要改动时所做的变动达到最小。一般来说，嵌入式Linux的内存地址安排体现在连接脚本当中。
    　　接着就该进入编写启动代码和机器相关代码阶段了。各种不同目标系统，甚至相同目标系统的启动代码和机器相关代码也是不相同的。启动代码一般需要完成硬件初始化，装载内核及安装根文件系统以及开始内核执行的工作，不同目标平台的启动代码一般可通过参考Linux下已有的启动代码和相关CPU的手册进行编写。
    　　启动代码和机器相关代码编程完成并可以启动系统后，下一步就可以开始驱动程序的编写了。Linux编写驱动程序与一般情况下编写驱动程序并没有太大的区别，都需要对相关的硬件作出了解，同时需要遵循Linux编写驱动程序的一些规则进行，编写完一个驱动程序后，一般就写一个相应的测试程序已便随时进行测试。Linux下各种不同类型的设备都有相当多的驱动程序源码可以参考，因此实际编写时更多的时间是花在对特定硬件特性的熟悉上。
    　　除了以上提到的这些步骤外，进行实际开发时，很多时候还要进行库（这里所提到的库均指C库），GUI和系统程序的移植。这是因为嵌入式Linux中所用的库一般不能直接使用标准库，而需要进行精简，虽然已有些精简的C库如uClibc等可供使用，但还是需要经常对其进行修改。嵌入式Linux常用的GUI有Microwindows,MiniGUI，QT/Embedded,TinyX等等，各自均有其使用的场合，所针对的目标平台和应用层次也不一样，必须根据实际需要进行选择。系统程序如mount,ls等等有些是应用时所必须的，有些则是进行调试时所需要的，初始时则需要一些通用的系统程序即可。
           Linux嵌入式系统操作系统开发简介
    　　嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础、软硬件均可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。其发展已有二十多年的历史，国际上也出现了一些着名的嵌入式操作系统，如VxWorks，Palm OS，Windows CE等等，但这些操作系统均属于商品化产品，价格昂贵且由于源代码不公开导致了诸如对设备的支持 ，应用软件的移植等一系列的问题。而Linux作为一种优秀的Free OS，近几年在嵌入式领域异军突起，成为了最有潜力的嵌入式操作系统。
    　　嵌入式Linux融合了嵌入式和Linux的特点，其开发与一般的应用程序开发相比有着自己的特点，下面简要的介绍一下嵌入式Linux开发的一般过程。
    　　了解硬件是首要的一步，这是嵌入式开发的特点决定的。了解硬件指的是了解整个硬件，判断硬件对于当前的应用来说是否合适。嵌入式系统中需要使用到CPU和各种外围设备，由此需要收集相关硬件的资料，包括CPU，芯片手册和各种外围设备的手册以及相关的各种电路图等，并对整体系统有较深入的了解。
    　　了解硬件后，下一步就该准备需要使用的Linux工具以及其他工具，这些工具包括：针对所用CPU的编译器/汇编器/连接器,相应的库工具,目标文件分析/管理工具,符号查看器等等。幸运的是，由于Linux的开放性，针对不同目标平台的Linux工具都可在网上免费得到，绝大部分的这些工具都由GNU提供。所需要的其他工具还包括硬件厂商提供给公司的工具，如编程器，下载工具和查错器等等。所有这些工具对以后的开发、调试等都可说是必不可少的。
    　　做好以上的准备工作后，就要进入实质性的工作阶段了。首先需要安排内存地址，如SDRAM的内存地址，Flash的内存地址等，这需要与实际应用和硬件状况相结合来考虑，要根据硬件的限制以及实际应用的需要对内存地址进行合理的安排，同时要注意内存地址的安排要具有一定的伸缩性，以便于将来需要改动时所做的变动达到最小。一般来说，嵌入式Linux的内存地址安排体现在连接脚本当中。
    　　接着就该进入编写启动代码和机器相关代码阶段了。各种不同目标系统，甚至相同目标系统的启动代码和机器相关代码也是不相同的。启动代码一般需要完成硬件初始化，装载内核及安装根文件系统以及开始内核执行的工作，不同目标平台的启动代码一般可通过参考Linux下已有的启动代码和相关CPU的手册进行编写。
    　　启动代码和机器相关代码编程完成并可以启动系统后，下一步就可以开始驱动程序的编写了。Linux编写驱动程序与一般情况下编写驱动程序并没有太大的区别，都需要对相关的硬件作出了解，同时需要遵循Linux编写驱动程序的一些规则进行，编写完一个驱动程序后，一般就写一个相应的测试程序已便随时进行测试。Linux下各种不同类型的设备都有相当多的驱动程序源码可以参考，因此实际编写时更多的时间是花在对特定硬件特性的熟悉上。
    　　除了以上提到的这些步骤外，进行实际开发时，很多时候还要进行库（这里所提到的库均指C库），GUI和系统程序的移植。这是因为嵌入式Linux中所用的库一般不能直接使用标准库，而需要进行精简，虽然已有些精简的C库如uClibc等可供使用，但还是需要经常对其进行修改。嵌入式Linux常用的GUI有Microwindows,MiniGUI，QT/Embedded,TinyX等等，各自均有其使用的场合，所针对的目标平台和应用层次也不一样，必须根据实际需要进行选择。系统程序如mount,ls等等有些是应用时所必须的，有些则是进行调试时所需要的，初始时则需要一些通用的系统程序即可。
   　　除了智能数字终端领域以外，Linux在移动计算平台、智能工业控制、金融业终端系统，甚至军事领域都有着广泛的应用前景。这些Linux被统称为“嵌入式Linux”。下面就来看看都有哪些嵌入式Linux在以上领域纵横驰骋吧!
   　　RT-Linux
   　　这是由美国墨西哥理工学院开发的嵌入式Linux操作系统。到目前为止，RT-Linux已经成功地应用于航天飞机的空间数据采集、科学仪器测控和电影特技图像处理等广泛领域。RT-Linux开发者并没有针对实时操作系统的特性而重写Linux的内核，因为这样做的工作量非常大，而且要保证兼容性也非常困难。为此，RT-Linux提出了精巧的内核，并把标准的Linux核心作为实时核心的一个进程，同用户的实时进程一起调度。这样对Linux内核的改动非常小，并且充分利用了Linux下现有的丰富的软件资源。
   　　uClinux
   　　uCLinux是Lineo公司的主打产品，同时也是开放源码的嵌入式Linux的典范之作。uCLinux主要是针对目标处理器没有存储管理单元MMU(Memory Management Unit)的嵌入式系统而设计的。它已经被成功地移植到了很多平台上。由于没有MMU，其多任务的实现需要一定技巧。uCLinux是一种优秀的嵌入式Linux版本，是micro-Conrol-Linux的缩写。它秉承了标准Linux的优良特性， 经过各方面的小型化改造，形成了一个高度优化的、代码紧凑的嵌入式Linux。虽然它的体积很小，却仍然保留了Linux的大多数的优点：稳定、良好的移植性、优秀的网络功能、对各种文件系统完备的支持和标准丰富的API。它专为嵌入式系统做了许多小型化的工作，目前已支持多款CPU。 其编译后目标文件可控制在几百KB数量级，并已经被成功地移植到很多平台上。
   　　Embedix
   　　Embedix是由嵌入式Linux行业主要厂商之一Luneo推出的，是根据嵌入式应用系统的特点重新设计的Linux发行版本。Embedix提供了超过25种的Linux系统服务，包括Web服务器等。系统需要最小8MB内存，3MB ROM或快速闪存。Embedix基于Linux 2.2内核，并已经成功地移植到了Intel x86和PowerPC处理器系列上。像其它的Linux版本一样，Embedix可以免费获得。Luneo还发布了另一个重要的软件产品，它可以让在Windows CE上运行的程序能够在Embedix上运行。Luneo还将计划推出Embedix的开发调试工具包、基于图形界面的浏览器等。可以说，Embedix是一种完整的嵌入式Linux解决方案。
   　　XLinux
   　XLinux是由美国网虎公司推出，主要开发者是陈盈豪。他在加盟网虎几个月后便开发出了基于XLinux的、号称是世界上最小的嵌入式Linux系统，内核只有143KB，而且还在不断减小。XLinux核心采用了“超字元集”专利技术，让Linux核心不仅可能与标准字符集相容，还含盖了12个国家和地区的字符集。因此，XLinux在推广Linux的国际应用方面有独特的优势。
   　　PoketLinux
   　　PoketLinux由Agenda公司采用、作为其新产品“VR3 PDA”的嵌入式Linux操作系统。它可以提供跨操作系统构造统一的、标准化的和开放的信息通信基础结构，在此结构上实现端到端方案的完整平台。PoketLinux资源框架开放，使普通的软件结构可以为所有用户提供一致的服务。PoketLinux平台使用户的视线从设备、平台和网络上移开，由此引发了信息技术新时代的产生。在PoketLinux中，称之为用户化信息交换(CIE)，也就是提供和访问为每个用户需求而定制的“主题”信息的能力，而不管正在使用的设备是什么。
   　　MidoriLinux
   　　由Transmeta公司推出的MidoriLinux操作系统代码开放，在GUN普通公共许可(GPL)下发布，该公司有个名为“MidoriLinux计划”。“MidoriLinux”这个名字来源于日本的“绿色”--Midori，用来反映其Linux操作系统的环保外观。
   　　红旗嵌入式Linux
   　　由北京中科院红旗软件公司推出的嵌入式Linux是国内做得较好的一款嵌入式操作系统。目前，中科院计算所自行开发的开放源码的嵌入式操作系统--Easy Embedded OS(EEOS)也已经开始进入实用阶段了。该款嵌入式操作系统重点支持p-Java。系统目标一方面是小型化，另一方面能重用Linux的驱动和其它模块。由于有中科院计算所的强大科研力量做后盾，EEOS有望发展成为功能完善、稳定、可靠的国产嵌入式操作系统平台。
   　　思考与展望
   　　以上列举的众多嵌入式Linux操作系统中，国内对于uClinux和RT-Linux研究的较多，很多基于它们的产品已经面世，比如华恒公司已经把uClinux成功移植，并投放到市场。
　　正是由于Linux开放源代码的特点，所以全世界的开发厂商都站在同一个起跑线上。国内的研究机构和企业也正在积极投入人力、物力，力争在嵌入式操作系统上有所为。但应该清醒认识到，绝大多数的嵌入式系统的硬件平台还掌握在外国公司的手中。国产的嵌入式操作系统在技术含量、兼容性、市场运作模式等方面还有很多工作要做。国家对嵌入式领域的发展也极为重视。信息产业部《2003年度电子发展基金项目指南》在软件类重点产品项目中，第五小类就是关于嵌入式软件与系统开发的，并提出要重点进行如下重点项目的研制与开发：嵌入式实时操作系统、嵌入式软件集成开发平台和嵌入式数据库管理软件。由于嵌入式系统研发在国内起步比较晚，我国目前还基本处于实验室阶段。但是嵌入式操作系统的巨大的商业价值和Linux的开放性，为民族软件产业的发展提供了难得的机会。在跟踪国外嵌入式操作系统最新技术的同时，国内厂商要坚持自主产权，力争找到自己的突破点，探索出一条适合中国国情的嵌入式操作系统的发展道路。