收稿日期：2000-03-28
作者简介：金西（1970-），男，安徽合肥人，讲师，主要研究方向：微电子学、计算机应用、EDA 、远程教学；黄汪
（1975-），男，广西北海人，高级程序员，主要研究方向：微电子学、网络交换机、RT0S.
文章编号：1001-9081（2000）07-004-03
嵌入式L i nux 技术及其应用
金西1，黄汪2
（1.中国科技大学物理系，安徽合肥230026；2.华恒网络技术有限公司，安徽合肥230026）
摘要：L i nux 是一种通用的且适合应用于嵌入式系统的操作系统，
它既可以嵌入到一个非常小的系统中处理简单的任务，也可以组合起来处理非常复杂的任务。介绍了嵌入式L i nux 在小型网络设备开发中的优势，并给出了嵌入式L i nux 应用的一个具体实例。
关键词：嵌入式系统；嵌入式L i nux ；实时多任务操作系统；实时L i nux
中图分类号：TP316.89文献标识码：A
THE TECHNOLOGY OF
E M BEDDED L I NUX AND ITS APPL I CAT I ON
JI N X i 1,~UANG W an g 2
(1.d
e P art m ent o
f Ph y sics ,unio ersit y o f S cience and T echnolo gy o f C hina ,~e f ei a nhui 230026,C hina ;2.~uahen
g N et z ork T ech.L t d.,~e f ei a nhui 230026,C hina )Abstract :L i nux is a versatile and cost eff ective o p erati n g s y ste mf or e m bedded s y ste m s.It can be e m bedded i n a sur p ris i n g l y s m all s y ste m to hand le s i m p le tasks and scaled u p to hand le m ore com p lex tasks.T
h is p a p er W ill d iscuss t he advanta g es o f us
i n g Em bedded L i nux i n s m all net W ork devices.A n exa m p le s y ste m o f Em bedded L i nux W ill be p resented i n som e detail .
K e y words :e m bedded s y ste m s ;e m bedded L i nux ;RT0S;RT -L i nux
1
嵌入式linux开发书籍
引言
嵌入式系统（Em bedded S y ste m s ）
［1］被定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统工业的基础是以应用为中心的“芯片”设计和面向应用的软件产品开发。
嵌入式计算机
［1］在应用数量上远远超过了各种通用计算机，一台通用计算机的外部设备中就包
含了5!10个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、M ode m 、
网卡、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、U SB 集线器等均是由嵌入式处理器控制的。制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。
如果嵌入式系统能够连接到I nternet 上面，
则可以方便、低廉地将信息传送到几乎世界上的任何一个地方。将嵌入式系统与I nternet 结合的主要困难在于，I nternet 上面的各种通信协议对于计算机存储器、运算速度等的要求比较高，而嵌入式系统中除
部分32位处理器以外，
大量存在的是8位和16位M CU ，支持TCP ／I P 等I nternet 协议将占用大量系统资源，或根本不可能。
L i nux 是自由的多任务操作系统，
它需要PC 桌面系统作为运行平台。而本文所讨论的嵌入式
L i nux 是指经过小型化裁剪、能够烧录入容量只有几百KB 或几M B 的闪存（F lash M e m or y ）
内，不需要硬盘作为存储介质，也不需要键盘、鼠标之类的外
设，适用于8位／16位／32位M CU ，
应用于各种特定嵌入式场合的专用L i nux 操作系统。
相对于W i ndoW s CE 、GNX 以及国内的~0PEN
第20卷第7期2000年7月计算机应用C om p uter A pp lications
V o l .20,No.7Jul .,2000
（女娲）等嵌入式操作系统，嵌入式L i nux 以其特有
的开放性、与生俱来的网络特性将成为嵌入式操作系统的主流之一。目前，嵌入式L i nux 在国内尚未引起广泛注意，但在国外已处于研究与应用的初级
阶段
［2，3］。2
为什么要用嵌入式L i nux
2.1
与RT0S 的比较
实时多任务操作系统［1］（R eal-ti m e M ulti-taski n g 0p eration S y ste m ，缩略为RT0S ）是嵌入式
应用软件的基础和开发平台，它是一段嵌入在目标代码中的软件，用户的其它应用程序都建立在RT0S 之上。不但如此，RT0S 还是一个可靠性和可信性很高的实时内核，将CPU 时间、中断、I ／0、定时器等资源都包装起来，留给用户一个标准的A P I ，并根据各个任务的优先级，合理地在不同任务之间分配资源。
RT0S 是针对不同处理器优化设计的高效率实时多任务内核，优秀商品化的RT0S 可以面对不同体系结构的嵌入式处理器（诸如68 、Pow er PC 、
ARM 、X 86、M I PS 、D SP 等）
提供类同的A P I 接口，这是RT0S 基于设备独立的应用程序开发基础。因此基于RT0S 上的C 语言程序具有极大的可移植性。据专家测算，优秀RT0S 上跨处理器平台的程序移植只需要修改1%!5%的内容。
与RT0S 比较，L i nux 版本开放、
自带完整配套的系列开发工具［4，5］（其开发工具可以是C ／C ++、Java 、A da 、
汇编等等编译器；其调试工具是g db 调试器，该调试器能支持源代码级调试），且支持X -W i ndow s 图形界面。2.2
RT -L i
nux
图1
数据和控制流程示意图
通用计算机具有完善的操作系统和应用程序接
口（A P I ），是计算机基本组成不可分离的一部分，应用程序的开发以及完成后的软件都在0S 平台上面
运行，但一般不是实时的［2，5］。嵌入式系统则不同，
应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行，但是为了合理地调度多任务，利用系统资源、系统函数
以及和专家库函数接口，用户必须自行选配RT0S
开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。
在应用系统当中真正需要“硬实时”（~ard R ea l T i m e ）
系统的场合很少，一般的嵌入式系统仅需要接近于实时的系统就足够了。事实上，当今很多商用RT 0S
声称是实时系统，但实际上并未达到“硬实时”［3-5］。
在我们进行RT0S 应用程序设计时，为了符合实时的要求，在设计硬件驱动程序的中断响应结构
时必须谨慎。在很多商用RT0S 系统
（如p S0S p lus ）
中，一般建议我们把关键性的任务挂在优先级最高的处理器的中断上，这样才能保证RT0S 系统的实时性。
外挂了RT -L i nux 模块的嵌入式L i nux 系统，
也提供了一个中断管理器，处理所有的中断，能够保证关键性任务的实时响应。
其实，即使没有RT -L i nux 模块，嵌入式L i nux
本身也具有良好的任务响应能力，诸如：在一台使用1U M 以太网的低档586上使用L i nux 处理1U M
b p s 的网络数据包，几乎不丢失任何数据包；对于处理
56kb p s 的M ode m 通讯来说，即便是应用装有L i nux
的486PC 机，也不会丢失任何应该处理的数据包。2.3嵌入式L i nux 的优点
嵌入式L i nux ［2］
的界面可以采用X -W i ndow s 的
GU I 方式，
适用于各种需要人机交互的工控应用。嵌入式L i nux 继承了L i nux 的网络和通讯功能，
其应用领域极其广泛。嵌入式L i nux 对众多的数据库支持良好。嵌入式L i nux 除了对传统的外设硬件支持良好外，对不断涌现的新型通讯接口，诸如U SB 接口、蓝牙技术（一种用于手持数字设备PDA 之间的宽带传输协议）也给予强力支持。
3
嵌入式L i nux 的一个设计实例
3.1
设计原理框图
嵌入式L i nux 可以应用于嵌入式网络通讯设备、个人数字助理（PDA ）、工业控制设备等场合。下面我们将给出一个应用实例，它可以将普通打印机转换为网络打印服务器，其实现的硬件成本仅需几百元，同时具有良好的系统功能扩充性，例如可以控制打印的权限、使用时间、打印张数，甚至能自动收
E -m ail 并打印输出，
其硬件平台的框图如图2
所示。图2嵌入式L i nux 硬件平台框图
在图2中，我们选用的AM D 公司的ELAN 4xxx
5
第7期
金
西等：嵌入式L i nux 技术及其应用
系列是专注于嵌入式工业应用的M CU，该M CU属于X86体系结构，兼容一般桌面PC的L inux i386版本。这样，我们可以直接使用X86体系的编译器对L inux核心源代码直接进行编译及裁剪。
注意：虽然68K／PoW er PC等在网络通讯领域的嵌入式工业中有广泛的应用，但我们需要对L i nux 核心源代码当中涉及CPU的部分模块以及内存管理模式的模块进行修改，所以在本系统中没有采用该系列的M CU。
嵌入式L i nux烧录在图2所示的F laS1M e m or y 中，可以避免掉电的影响。系统加电启动后，程序将从F laS1M e m or y加载到图2所示的RAM中执行。
3.2系统实现
由于L i nux是开放源代码的自由软件，使我们可以根据应用系统设计的具体需要对L i nux内核源代码进行修改并重新编译。系统实现步骤为：（l）重新编译L i nux内核（kerne l），去掉内核中不需要的模块，诸如PCM C I A之类的外设支持模块等。编译L i nux内核配置文件中的需要配置的部分源代码如下：
CONF I G—EXPER I M ENTAL=y
CONF I G—M ODULES=y
CONF I G—M AT —EMULAT I ON=y
CONF I G—M EM—STD=y
CONF I G—M AX—M EM S I ZE=lU24
CONF I G—NET=y
CONF I G—PC I=y
CONF I G—B I NFM T—ELF=y
CONF I G—KERNEL—ELF=y
CONF I G—M386=y
CONF I G—BLK—DEV—FD=y
CONF I G—BLK—DEV—I DE=y
CONF I G—BLK—DEV—CM D64U=y
CONF I G—BLK—DEV—RZlUUU=y
CONF I G—BLK—DEV—LOOP=y
CONF I G—BLK—DEV—RAM=y
CONF I G—BLK—DEV—I N I TRD=y
CONF I G—F I RE W ALL=y
CONF I G—NET—AL I A S=y
CONF I G—I NET=y
CONF I G—I P—FOR W ARD=y
CONF I G—I P—MULT I CA ST=y
CONF I G—SYN—COOK I ES=y
CONF I G—I P—F I RE W ALL=y
CONF I G—I P—F I RE W ALL—VERBO SE=y
CONF I G—I P—M A SGUERADE=y
CONF I G—I P—M A SGUERADE—I PAUTOFW=y
CONF I G—I P—M A SGUERADE—I PPORTFW=y
CONF I G—I P—M A SGUERADE—PPTP=y
CONF I G—I P—M A SGUERADE
—PPTP—MULT I CL I ENT=y
CONF I G—I P—M A SGUERADE—I CM P=y
CONF I G—I P—TRANSPARENT—PROXY=y
CONF I G—I P—M A SG—LOO SE—UDP=y
CONF I G—I P—AL W AYS—DEFRAG=y
CONF I G—I P—ACCT=y
CONF I G—I P—ROUTER=y
CONF I G—NET—I P I P=m
CONF I G—I P—M ROUTE=y
CONF I G—I P—NAT=y
CONF I G—I P—AL I A S=y
CONF I G—I P—NO SR=y
CONF I G—I PX=m
CONF I G—BR I DGE=y
（2）编写B oo t L oader，制作B oo t ROM用于加载嵌入式L i nux内核到内存中；
（3）重新设计以太网驱动程序以及串／并口驱动程序；
（4）设计嵌入式L i nux应用程序，管理打印服务的应用；
（5）嵌入式L i nux系统执行流程如图3
所示。
图3系统执行流程图
4结束语
由于EDA（电子设计自动化）技术的飞速发展，我们已经成功地将小型化后的L inux操作系统写入F laS1 M em o r y芯片中，正常运行并完成预期的管理目标。由于L inux操作系统具有强大完善的网络功能、开放的源代码、免费下载、良好在线服务等特点，积极开展有关的研究，既有利于国家安全，又利于创新、出新。
嵌入式L i nux的应用领域很宽，投资较少，但对开发人员的素质要求很高，开发工作应由精通计算机工程、电子工程、行业应用的复合型高级人才完成。同时嵌入式系统也要求以工业化、工程化的方式研究开发有关技术。通过I nternet网，推动嵌入式L i nux技术的深入合作研究是一种好的手段。
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嵌入式Linux技术及其应用
作者：金西， 黄汪
作者单位：
刊名：
计算机应用
英文刊名：COMPUTER APPLICATIONS
年，卷(期)：2000,20(7)
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