嵌入式Linux系統(tǒng)移植及應(yīng)用開發(fā)技術(shù)研究

夏薇

摘要：隨著計(jì)算機(jī)、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)廣泛地滲透到各行各業(yè)及人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷嬷?。由于嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜性不斷增加，嵌入式操作系統(tǒng)成為了嵌入式系統(tǒng)中最重要的組成部分。在各種嵌入式操作系統(tǒng)中，憑借其性能優(yōu)異，結(jié)構(gòu)清晰，平臺(tái)支持廣泛，網(wǎng)絡(luò)支持強(qiáng)勁及開放源代碼等多方面的優(yōu)勢(shì)，被嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者廣泛的采用。有鑒于此，對(duì)嵌入式Linux系統(tǒng)移植及應(yīng)用開發(fā)技術(shù)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：嵌入式Linux；內(nèi)核；設(shè)備驅(qū)動(dòng)；移植

隨著數(shù)字信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，我們已進(jìn)入數(shù)碼時(shí)代。建立在其基礎(chǔ)之上的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的滲透到科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、軍事技術(shù)、商業(yè)文化藝術(shù)、娛樂業(yè)以及人們的日常生活等方方面面。嵌入式技術(shù)越來越和人們的生活緊密相關(guān)，消費(fèi)電子、計(jì)算機(jī)、通信一體化趨勢(shì)日益明顯，作為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分，嵌入式系統(tǒng)再度成為研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)，而這離不開對(duì)嵌入式系統(tǒng)重要組成部分的嵌入式系統(tǒng)軟件的研究。

1 嵌入式軟件開發(fā)

1.1 嵌入式軟件生成階段

由于嵌入式系統(tǒng)自身的硬件局限性，不能在嵌入式系統(tǒng)上直接搭建開發(fā)環(huán)境，因此，在嵌入式軟件開發(fā)中通常需要兩個(gè)平臺(tái)，即作為開發(fā)平臺(tái)的宿主機(jī)和作為運(yùn)行平臺(tái)的嵌入式目標(biāo)機(jī)，嵌入式軟件的生成階段又可分為三個(gè)步驟源代碼程序的編寫將源程序交叉編譯成各個(gè)目標(biāo)模塊將所有目標(biāo)模塊及相關(guān)庫文件一起鏈接成可供目標(biāo)板下載或固化的目標(biāo)程序。這三個(gè)步驟與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件開發(fā)階段基本一致，但嵌人式軟件開發(fā)又有其自身的特點(diǎn)為了能生成適合目標(biāo)平臺(tái)運(yùn)行的二進(jìn)制程序，對(duì)源代碼的編譯應(yīng)使用跨平臺(tái)的交叉編譯器為了程序代碼和數(shù)據(jù)在目標(biāo)機(jī)的內(nèi)存中正確定位及正確鏈接適合目標(biāo)機(jī)的庫文件，需要使用交叉鏈接器。交叉編譯器和交叉鏈接器是嵌入式軟件開發(fā)不可缺少的工具。

1.2 嵌入式軟件調(diào)試階段

在開發(fā)嵌入式軟件時(shí)，交叉調(diào)試是必不可少的一步。交叉調(diào)試通常是指調(diào)試程序和被調(diào)試程序運(yùn)行在不同的機(jī)器上，調(diào)試器通過某種方式控制目標(biāo)機(jī)上的被調(diào)試程序的運(yùn)行方式，并且通過調(diào)試器查看和修改目標(biāo)機(jī)上的內(nèi)存、寄存器及被調(diào)試程序中的變量的調(diào)試技術(shù)。目前，使用最廣泛的交叉調(diào)試技術(shù)是軟件調(diào)試方式和片上調(diào)試方式。

1.3 嵌入式軟件固化階段

嵌入式軟件調(diào)試完成之后，整個(gè)開發(fā)周期就進(jìn)入固化階段。把程序代碼燒寫到目標(biāo)板的永久性存儲(chǔ)器中，并且在真實(shí)的硬件環(huán)境中運(yùn)行，這個(gè)過程就是固化。固化階段需要注意的問題主要有：調(diào)試階段目標(biāo)文件包含調(diào)試信息，固化階段應(yīng)該重新編譯，去掉不需要的調(diào)試信息；調(diào)試階段程序的所有代碼段、數(shù)據(jù)段都被定位到測(cè)試空間的RAM中，固化階段應(yīng)將程序的各邏輯段按照其不同的屬性分別定位到永久存儲(chǔ)器或RAM中；通常，調(diào)試階段不需要boot模塊，目標(biāo)板上的監(jiān)控程序可以實(shí)現(xiàn)此功能，但固化階段必須有boot模塊作為入口模塊。

注意到以上差異并完成必要的準(zhǔn)備工作后，就可以利用交叉編譯鏈接工具生成可固化的應(yīng)用程序，再用固化工具將它固化到目標(biāo)機(jī)的ROM、Flash閃存等非易失性存儲(chǔ)設(shè)備中。至此，整個(gè)嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)過程就基本完成了。

2 嵌入式Linux系統(tǒng)移植

與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)Linux操作系統(tǒng)的根文件系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)一樣，嵌入式Linux系統(tǒng)的根文件系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)通常也參考標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)而與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同的是，嵌入式Linux通常需要采用符合自身存儲(chǔ)設(shè)備特點(diǎn)的特殊文件系統(tǒng)。

2.1 根文件系統(tǒng)的選擇

嵌入式Linux系統(tǒng)中，為了保護(hù)系統(tǒng)文件不被破壞或不希望用戶修改某些文件，常采用一些不可修改的文件系統(tǒng)，cramfs和經(jīng)過壓縮的RAM disk都是具有很高的壓縮比的不可修改的文件系統(tǒng)，因此常被用著嵌入式Linux的根文件系統(tǒng)。

對(duì)于寫入Flash設(shè)備的RAM disk映像，首先必須在內(nèi)核中配置RAM disk的大小與數(shù)量，并在Linux啟動(dòng)時(shí)按配置在內(nèi)存中創(chuàng)建RAM disk，把RAM disk映像減壓縮到內(nèi)存中，此后文件系統(tǒng)就在內(nèi)存中，不再需要訪問Flash設(shè)備了。RAM disk最大的缺點(diǎn)是，在正常情況下，同樣的數(shù)據(jù)不僅在外存中占據(jù)了空間以壓縮后的形式存在，而且還在內(nèi)存中占用了更大的空間以解壓縮之后的形式存在，這違背了嵌入式環(huán)境下盡量節(jié)約資源的要求。如果系統(tǒng)中有大量富裕的內(nèi)存，選用RAM disk作為根文件系統(tǒng)也是個(gè)不錯(cuò)的選擇。但是對(duì)于大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)來說，內(nèi)存都是非常寶貴的資源，盡量節(jié)約資源也體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的精神，因此，本次移植選用cramfs作為根文件系統(tǒng)。

2.2 用戶擴(kuò)展文件系統(tǒng)的選擇

由于選擇了只讀的文件系統(tǒng)cramfs做為根文件系統(tǒng)，為了利用Flash設(shè)備的易讀易寫且斷電永久存儲(chǔ)的特性，以及為了擴(kuò)展嵌入式系統(tǒng)的功能，因此需要一個(gè)可讀寫、可保存數(shù)據(jù)的文件系統(tǒng)。

2.3 內(nèi)存文件系統(tǒng)的選擇

Flash設(shè)備都有擦除、寫的次數(shù)限制，一旦達(dá)到這個(gè)限制Flash設(shè)備將出現(xiàn)壞塊，其中的內(nèi)容也將永遠(yuǎn)不能再擦除了。經(jīng)常對(duì)Flash設(shè)備執(zhí)行擦除、寫操作，會(huì)縮短Flash設(shè)備的壽命。因此，/tmp、/var這些存放臨時(shí)性和變動(dòng)性較大數(shù)據(jù)的目錄應(yīng)該采用基于內(nèi)存技術(shù)的文件系統(tǒng)，防止頻繁的對(duì)Flash設(shè)備進(jìn)行擦除操作，延長(zhǎng)Flash閃存使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1]張靜，葉梧.基于ARM 920T的嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2005，（4）：22-24.

[2]秦蔚.ARM平臺(tái)下Linux內(nèi)核移植技術(shù)的分析研究與應(yīng)用[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2004.

[3]葉欣.嵌入式Linux環(huán)境下Web頁面技術(shù)的實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2009，（01）.