嵌入式Linux系统基础知识

一、嵌入式Linux系统的构成

1、硬件
2、内核
3、应用程序（形成根文件系统）

二、构建嵌入式Linux系统的主要任务

1、内核部分
2、应用程序部分

嵌入式Linux的开发大致可分为三个层次：引导装载内核、构造文件系统和图形用户界面。作为操作系统重要组成部分的文件系统，决定了操作系统本身的信息和用户的数据在存储设备上的组织形式。对嵌入式文件系统的研究、设计和开发也逐渐成为嵌入式系 统研究领域的一个方向。

三、内核精简

在精简内核在编译内核之前，首先要明确需要那些驱动和模块，然后只选择需要的驱动和模块，

例如，如果系统不需要网络支持，则可以去掉网络模块 。

内核一般是以压缩方式存放的，在系统启动时会自行解压。

内核都是常驻内存的，当需要调用应用程序时，再把需要的程序从磁盘调入内存运行。

 四、嵌入式系统的组成

1、嵌入式硬件（嵌入式处理器和嵌入式外围设备）  

2、嵌入式操作系统  

3、嵌入式应用软件

嵌入式处理器

嵌入式系统的核心是各种类型的嵌入式处理器，嵌入式处理器与通用处理器最大的不同点在于，嵌入式CPU大多工作在为特定用户群所专门设计的系统中，它将通用CPU中许多由板卡完成的任务集成到芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。

嵌入式处理器的体系结构经历了从CISC（复杂指令集）至RISC（精简指令集）和Compact RISC的转变，位数则由4位、8位、16位、32位逐步发展到64位。目前常用的嵌入式处理器可分为低端的嵌入式微控制器（Micro Controller Unit，MCU）、中高端的嵌入式微处理器（Embedded Micro Processor Unit，EMPU）、用于计算机通信领域的嵌入式DSP处理器（Embedded Digital Signal Processor，EDSP）和高度集成的嵌入式片上系统（System On Chip，SOC）。

目前几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器，并且越来越多的公司开始拥有自主的处理器设计部门，据不完全统计，全世界嵌入式处理器已经超过1000多种，流行的体系结构有30多个系列。

嵌入式外围设备

在嵌入系统硬件系统中，除了中心控制部件（MCU、DSP、EMPU、SOC）以外，用于完成存储、通信、调试、显示等辅助功能的其他部件，事实上都可以算作嵌入式外围设备。目前常用的嵌入式外围设备按功能可以分为存储设备、通信设备和显示设备三类。

存储设备主要用于各类数据的存储，常用的有静态易失型存储器（RAM、SRAM）、动态存储器（DRAM）和非易失型存储器（ROM、EPROM、EEPROM、FLASH）三种，其中FLASH凭借其可擦写次数多、存储速度快、存储容量大、价格便宜等优点，在嵌入式领域内得到了广泛应用。

目前存在的绝大多数通信设备都可以直接在嵌入式系统中应用，包括RS-232接口（串行通信接口）、SPI（串行外围设备接口）、IrDA（红外线接口）、I2C（现场总线）、USB（通用串行总线接口）、Ethernet（以太网接口）等。

由于嵌入式应用场合的特殊性，通常使用的是阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）和触摸板（Touch Panel）等外围显示设备。

嵌入式操作系统

为了使嵌入式系统的开发更加方便和快捷，需要有专门负责管理存储器分配、中断处理、任务调度等功能的软件模块，这就是嵌入式操作系统。嵌入式操作系统是用来支持嵌入式应用的系统软件，是嵌入式系统极为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动程序、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形用户界面（GUI）等。嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点，如能够有效管理复杂的系统资源，能够对硬件进行抽象，能够提供库函数、驱动程序、开发工具集等。但与通用操作系统相比较，嵌入式操作系统在系统实时性、硬件依赖性、软件固化性以及应用专用性等方面，具有更加鲜明的特点。

嵌入式操作系统根据应用场合可以分为两大类：一类是面向消费电子产品的非实时系统，这类设备包括个人数字助理（PDA）、移动电话、机顶盒（STB）等；另一类则是面向控制、通信、医疗等领域的实时操作系统，如WindRiver公司的VxWorks、QNX系统软件公司的QNX等。

实时系统（Real Time System）是一种能够在指定或者确定时间内完成系统功能，并且对外部和内部事件在同步或者异步时间内能做出及时响应的系统。在实时系统中，操作的正确性不仅依赖于逻辑设计的正确程度，而且与这些操作进行的时间有关，也就是说，实时系统对逻辑和时序的要求非常严格，如果逻辑和时序控制出现偏差将会产生严重后果。

实时系统主要通过三个性能指标来衡量系统的实时性，即响应时间（Response Time）、生存时间（Survival Time）和吞吐量（Throughput）：

响应时间　　

是实时系统从识别出一个外部事件到做出响应的时间； 

生存时间　

是数据的有效等待时间，数据只有在这段时间内才是有效的； 

吞吐量　　　

是在给定的时间内系统能够处理的事件总数，吞吐量通常比平均响应时间的倒数要小一点。 

嵌入式应用软件

嵌入式应用软件是针对特定应用领域，基于某一固定的硬件平台，用来达到用户预期目标的计算机软件，由于用户任务可能有时间和精度上的要求，因此有些嵌入式应用软件需要特定嵌入式操作系统的支持。嵌入式应用软件和普通应用软件有一定的区别，它不仅要求其准确性、安全性和稳定性等方面能够满足实际应用的需要，而且还要尽可能地进行优化，以减少对系统资源的消耗，降低硬件成本。

四、如何构建嵌入式Linux系统的设计步骤

嵌入式系统目前主要有：Windows CE、VxWorks、QNX等，它们都具较好的实时性，系统可靠性，任务处理随机性等优点。但是它们的价格普遍偏高，很多开发商承受不起。因而，Linux操作系统成为嵌入式操作系统的首选。

Linux操作系统成为嵌入式操作系统首选的原因

在精简内核在编译内核之前，首先要明确需要那些驱动和模块，然后只选择需要的驱动和模块，例如，如果系统不需要网络支持，则可以去掉网络模块 。内核一般是以压缩方式存放的，在系统启动时会自行解压。内核都是常驻内存的，当需要调用应用程序时，再把需要的程序从磁盘调入内存运行。