嵌入式Linux开发系列之一: 走进嵌入式Linux的世界(5)

目 前,嵌入式Linux系统的研发热潮正在蓬勃兴起,并且占据了很大的市场份额,除了一些传统的Linux公司(如RedHat、MontaVista等) 正在从事嵌入式Linux的开发和应用之外,IBM、Intel、Motorola等著名企业也开始进行嵌入式Linux的研究。虽然前景一片灿烂,但就 目前而言,嵌入式Linux的研究成果与市场的真正要求仍有一段差距,要开发出真正成熟的嵌入式Linux系统,还需要从以下几个方面做出努力。

提高系统实时性

Linux 虽然已经被成功地应用到了PDA、移动电话、车载电视、机顶盒、网络微波炉等各种嵌入式设备上,但在医疗、航空、交通、工业控制等对实时性要求非常严格的 场合中还无法直接应用,原因在于现有的Linux是一个通用的操作系统,虽然它也采用了许多技术来加快系统的运行和响应速度,并且符合POSIX 1003.1b标准,但从本质上来说并不是一个嵌入式实时操作系统。Linux的内核调度策略基本上是沿用UNIX系统的,将它直接应用于嵌入式实时环境 会有许多缺陷,如在运行内核线程时中断被关闭,分时调度策略存在时间上的不确定性,以及缺乏高精度的计时器等等。正因如此,利用Linux作为底层操作系 统,在其上进行实时化改造,从而构建出一个具有实时处理能力的嵌入式系统,是现在日益流行的解决方案。

改善内核结构

Linux 内核采用的是整体式结构(Monolithic),整个内核是一个单独的、非常大的程序,这样虽然能够使系统的各个部分直接沟通,有效地缩短任务之间的切 换时间,提高系统响应速度,但与嵌入式系统存储容量小、资源有限的特点不相符合。嵌入式系统经常采用的是另一种称为微内核(Microkernel)的体 系结构,即内核本身只提供一些最基本的操作系统功能,如任务调度、内存管理、中断处理等,而类似于文件系统和网络协议等附加功能则运行在用户空间中,并且 可以根据实际需要进行取舍。Microkernel的执行效率虽然比不上Monolithic,但却大大减小了内核的体积,便于维护和移植,更能满足嵌入 式系统的要求。可以考虑将Linux内核部分改造成Microkernel,使Linux在具有很高性能的同时,又能满足嵌入式系统体积小的要求。

完善集成开发平台

引 入嵌入式Linux系统集成开发平台,是嵌入式Linux进一步发展和应用的内在要求。传统上的嵌入式系统都是面向具体应用场合的,软件和硬件之间必须紧 密配合,但随着嵌入式系统规模的不断扩大和应用领域的不断扩展,嵌入式操作系统的出现就成了一种必然,因为只有这样才能促成嵌入式系统朝层次化和模块化的 方向发展。很显然,嵌入式集成开发平台也是符合上述发展趋势的,一个优秀的嵌入式集成开发环境能够提供比较完备的仿真功能,可以实现嵌入式应用软件和嵌入 式硬件的同步开发,从而摆脱了"嵌入式应用软件的开发依赖于嵌入式硬件的开发,并且以嵌入式硬件的开发为前提"的不利局面。一个完整的嵌入式集成开发平台 通常包括编译器、连接器、调试器、跟踪器、优化器和集成用户界面,目前Linux在基于图形界面的特定系统定制平台的研究上,与Windows CE等商业嵌入式操作系统相比还有很大差距,整体集成开发环境有待提高和完善。

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