嵌入式Linux特性介紹

如今，Linux正廣泛應用于各種嵌入式設備的開發中，如數字電視、視訊轉換盒、DVR播放器、xDSL/有線/PON調制解調器、家用路由器和網絡網關。它尤其適合具有先進網絡功能、大量設備驅動程序的數字家庭和家庭網絡。除了嵌入式設備，Linux還支持企業級設備，如服務器和路由器。

此外，Linux在行動設備中也獲得了青睞。市調機構In-Stat的報告顯示，到2012年，中國基于行動Linux的智能手機出貨量將達到中國智能手機總出貨量的25.4%。

相較其它典型的專有商用OS，Linux蓬勃發展的原因在于其是開原始碼、成本低、使用快速安全。與其它OS相較，它能夠更好地進行‘剪裁’，且只占用較小空間。利用Linux，再加上來自開放原始碼社群的持續支持，工程師能夠使用和控制原始程序代碼。開放原始碼社群是由熟悉Linux的工程師組成的大型社群。

不斷改進的Linux核心

然 而，在面對特定嵌入式應用時，Linux仍存在許多挑戰，如內存空間有限，或是需要實時確定性以及高安全性能的應用。而工具鏈的改善、新的除錯工具和性 能、不斷演變的標準化努力等，都繼續提升Linux對于所有嵌入式應用的價值。在這其中，Linux核心的不斷改進異常重要。

Linux 核心是應用軟件采用的標準Linux API和處理器系統(應用軟件執行其上)底層硬件結構之間的接口。該核心是內部組件和外部可加載模塊的復雜組合，為應用程序的執行提供全面和穩定的處理環 境，提供安全消除軟件缺陷、在某種程度上防止硬件故障的能力。在開機循環期間，核心必須及時發現，并正確初始化核心系統處理器、系統內存、硬件驅動、視頻卡、USB端口、網絡卡和音訊處理器，而且要在開機循環期間提供是否成功的足夠指示。

維持如此復雜的程序代碼收集很明顯是一個 嚴峻的挑戰。核心原始程序代碼被劃分為標準‘樹’結構，這樣子系統就能夠更好地彼此隔離，有助于實現幾個關鍵核心維護工作的分布。這種分工可大幅減少核心某 一部份產生重大變化對其他部份產生的影響。每個后續子系統的變更都將傳達給主要維護者，最終到達Linux核心最上游的維護者。這些變更通常稱為‘外掛程 式’，在標準格式下制作和應用。

供貨商和開發人員將他們的知識反饋到開放原始碼社群以改進核心。Linux開放、分散的本 質，再加上背后強大的社群支持，使基于Linux的OS成為培養創新的良好選擇。由于供貨商和開發人員不斷分享他們所學到的知識，因此存在這樣的可能：當開發人員需要實現某種功能時，可以在Linux社群生態系統中找到并予以采用。

商用Linux供貨商做了很多工作使Linux成為嵌入式應用中更加可行和吸引人的操作系統。

商用vs.開放原代碼

當選擇Linux OS時，嵌入式Linux開發人員有兩個主要選擇：‘免費’版本，開發人員可以下載有開放原代碼授權的對象/原始程序代碼；商業發行版，由不同公司維護和支持的商用產品。

目前，大多數開發人員使用的都是免費發行版。市場研究公司VDC一份針對目前Linux使用者的2007年調查中有這樣一個問題：請問您將在下一個項目中使用哪種Linux OS？結果高達71%的嵌入式系統工程師表示，愿意采用免費發行的Linux版本。

圖1：為下一個項目計劃的Linux操作系統。

(資料來源：VDC/2007)

由 于眾多嵌入式開發人員將在下一個設計項目中選擇Linux，因此，讓他們體認到免費發行版本固有的局限性非常重要。這些局限包括：缺乏豐富的Linux工 具；相較競爭的實時OS來說占用更多空間；為滿足實時要求最佳化Linux所面臨的挑戰；支持以及開發工具有限。也就是說，‘免費’意味著不花錢使用，但 并非零成本。

‘免費’≠‘零’成本

除了決定使用商用或免費Linux版本，開發 人員還必須認識到其除錯/開發工具的能力和局限。嵌入式SoC領域任何有意義的設計，都要求針對嵌入式領域的高度整合的軟件開發工具。從編譯器到應用各個 環節的開放原始碼工具，都期望能創造良好的生產品質。開發人員期望這些工具能與更短的學習曲線無縫結合。

充分發揮嵌入式 Linux免費發行版的優勢，已經成為消費產品領域被廣泛接收的現實。在這些市場上，產品執行率非常高，對程序代碼的增加非常頻繁，而且產品的銷售成本至關 重要，所有這些都使得開放原始碼模式極具吸引力。但是，人們通常希望開放原始碼工具能夠與生產品質密切相關，‘免費’和‘商用’并不同義。必須對核心和 SoC組件互動有深刻的了解，才能整合開放原始碼/免費軟件，并為處理器核心提供無縫除錯環境的工具。因此，需要專業知識才能使目前的開放原始碼工具順利 工作。

現在有若干種‘免費軟件’除錯解決方案，設計人員必須全面了解其局限性。例如，針對Linux核心最受歡迎的免費軟件除錯器是KGDB，但主要缺點是KGDB會要求重新編譯核心。這對產品已經部署到現場的應用來說并不可行。修補核心還可能導入影響系統性能的程序代碼變化。

GDBServer 是另一個針對應用除錯的頗受歡迎的免費軟件除錯器，但它也受到了嚴格限制。主要問題是缺乏對同時除錯大量執行緒/進程的支持。隨著除錯的執行緒/進程數不 斷增加，GDBServer性能迅速惡化，導致響應時間太慢，進而使目標系統出現故障。其它問題還涉及到：不能在相同的目標連接上除錯驅動程序和應用；除 錯設備驅動程序和除錯共享庫。了解特定應用的除錯需求非常重要，應據此選擇相應工具。