引 言

嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)中最重要的組成部分，其設(shè)計和安裝效果直接決定著嵌入式系統(tǒng)的整體功能和質(zhì)量。Linux 操作系統(tǒng)是一種具有開放性的嵌入式操作系統(tǒng)，在國外具有廣泛的應(yīng)用。本文介紹了嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計要求及Linux 操作系統(tǒng)的一些特征，并對其設(shè)計及應(yīng)用提出了一些思考。

1 嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)是一種以應(yīng)用程序為核心，以計算機技術(shù)為支持的對軟件及硬件進行裁剪的，具有良好的穩(wěn)定性、適應(yīng)性的計算機程序。嵌入式系統(tǒng)包括處理機、支持硬件、嵌入式操作系統(tǒng)等幾個部分組成。可以看出，嵌入式系統(tǒng)是計算機技術(shù)與電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，可以實現(xiàn)對軟件、硬件的管理和應(yīng)用，是一類具有綜合功能、技術(shù)密集、投資較高的技術(shù)型系統(tǒng)。

事實上，嵌入式系統(tǒng)在人們的日常生活中已得到了廣泛的應(yīng)用。人們使用的許多電子設(shè)備中都包含著嵌入式系統(tǒng)，例如 MP3、pad、智能電器、車載 GPS 等。嵌入式技術(shù)在未來將有更廣闊的應(yīng)用前景，很可能成為計算機之后第二大發(fā)明。

1.1 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展總共經(jīng)歷了四個階段：

第一個階段的嵌入式系統(tǒng)是以單芯片為核心技術(shù)的可編程系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有較為完善的監(jiān)測功能和配置功能，通常被應(yīng)用于一些專業(yè)性要求較高的設(shè)備中。在應(yīng)用時，這種系統(tǒng)不需要操作系統(tǒng)的輔助，而是采用匯編語言對系統(tǒng)進行直接的控制，在運行結(jié)束后可以自動清除系統(tǒng)中殘留的信息。第一個階段的嵌入式系統(tǒng)的主要特點是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為簡單， 功能較為單一，能夠處理的數(shù)據(jù)量較小，存儲的容量較小。

第二個階段嵌入式系統(tǒng)采用了CPU 為核心控制器。由于CPU 的種類較多，在兼容性上有所不足。系統(tǒng)的建設(shè)和使用成本較高。系統(tǒng)的使用面較為狹窄，主要用于控制監(jiān)控系統(tǒng)的運行。

第三個階段的嵌入式系統(tǒng)是以嵌入式的操作系統(tǒng)為標(biāo)志。這一階段的嵌入式操作系統(tǒng)在兼容性上有了明顯的提升，在各種設(shè)備中都能進行使用，操作系統(tǒng)的運行效率有了極大的提升，并且表現(xiàn)出了良好的模塊化。

第四個階段嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展以互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用為標(biāo)志。互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用為嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用提供更廣泛的平臺，但當(dāng)前絕大多數(shù)系統(tǒng)還不具備與互聯(lián)網(wǎng)連接使用的功能。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和嵌入式技術(shù)的進一步發(fā)展，這一目標(biāo)將會成為現(xiàn)實。

1.2 嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)由四個部分組成，分別是嵌入式處理器、嵌入式外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件。嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心部分。與一般的處理器相比，嵌入式處理器的優(yōu)勢在于，它通常是專門定制的，因此在專業(yè)性上有更好的保障。此外，在運行效率和穩(wěn)定性上也有更好的表現(xiàn)。嵌入式外圍設(shè)備包括存儲設(shè)備、通信設(shè)備、調(diào)試設(shè)備、顯示設(shè)備等。根據(jù)功能劃分可以分為存儲設(shè)備、通信設(shè)備和顯示設(shè)備三大類。存儲設(shè)備主要用于數(shù)據(jù)的存儲， 分為靜態(tài)存儲器、動態(tài)存儲器等。嵌入式操作系統(tǒng)集中了存儲、處理、調(diào)度等功能，能夠提高系統(tǒng)的便捷性和綜合性。嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)具有一定的專業(yè)性，主要用于固定的平臺中，從而滿足用戶的使用需求。用戶對系統(tǒng)通常有較高的時間和精確度上的要求，嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)就是為了滿足用戶的這些需求。與普通的應(yīng)用程序相比，嵌入式系統(tǒng)在準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、安全性上有更好的表現(xiàn)，并且還具有良好的環(huán)保性和經(jīng)濟性。

2 嵌入式操作系統(tǒng)

2.1 嵌入式操作系統(tǒng)的定義

嵌入式操作系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)中負(fù)責(zé)支持嵌入式應(yīng)用程序運行的操作系統(tǒng)，一般包含驅(qū)動軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、通信協(xié)議、瀏覽器等部分。與普通的操作系統(tǒng)相比，在系統(tǒng)的時效性、硬件相關(guān)性上都有較好的性能。嵌入式操作系統(tǒng)除了具備一般操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，如任務(wù)調(diào)度、終端處理、文件傳輸?shù)韧?，還具有以下的一些優(yōu)點 ：第一，可裝卸性。由于系統(tǒng)的開放和伸縮性，嵌入式系統(tǒng)具有良好的可裝卸性 ；第二， 良好的時效性。嵌入式操作系統(tǒng)可以安裝在各種終端控制設(shè)備中；第三，操作簡單方便，擁有簡潔直觀的圖形界面，便于學(xué)習(xí)和掌握 ；第四，強穩(wěn)定性，弱交互性。

2.2 幾種典型的嵌入式操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)是計算機中的核心部件，也是嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵組成成分。嵌入式操作系統(tǒng)的性能直接決定著嵌入式系統(tǒng)的功能和工作效率。

根據(jù)嵌入式操作系統(tǒng)的用途，可以將其分為兩類，分別是非實時系統(tǒng)和實時系統(tǒng)。非實時系統(tǒng)主要用于消費電子產(chǎn)品中，包括數(shù)字助理、移動電話等設(shè)備。實時操作系統(tǒng)主要用于控制、通信、醫(yī)療等方面。上個世紀(jì)末，發(fā)達(dá)國家就開始將嵌入式系統(tǒng)用于商業(yè)化的操作系統(tǒng)開發(fā)商，嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域更加的廣泛。這些系統(tǒng)具有較強的專業(yè)性，為嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。但在制造成本上較為高昂， 且源代碼的開放性不高，在一定程度上限制了其發(fā)展。為了解決這一困境，Linux 系統(tǒng)被研發(fā)了出來，成為商業(yè)系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的嵌入式操作系統(tǒng)。Linux 具有許多突出的優(yōu)點，從而獲得了系統(tǒng)開發(fā)商的重視和發(fā)展。

3 嵌入式 Linux操作系統(tǒng)

3.1 Linux操作系統(tǒng)

Linux 操作系統(tǒng)是出了windows 操作系統(tǒng)外使用最為廣泛的操作系統(tǒng)之一。Linux 操作系統(tǒng)與一般的操作系統(tǒng)相比， 主要有三個方面的優(yōu)勢。首先，Linux 操作系統(tǒng)的源代碼具有較強的開放性，因此，只要在使用過程中遵循 GPL 條款，用戶可以隨意下載系統(tǒng)，并自行進行更改和發(fā)布；其次，Linux 系統(tǒng)可以有效的實現(xiàn)存儲、管理、多處理器等功能 ；最后， Linux 系統(tǒng)具有較強的靈活性和創(chuàng)新性。

Linux 系統(tǒng)是基于現(xiàn)代計算機技術(shù)的新型操作系統(tǒng)，其中包含了多種先進的技術(shù)手段，能夠?qū)崿F(xiàn)多用戶多任務(wù)的實時管理，能夠支持各種處理軟件。再加上 Linux 系統(tǒng)良好的開放性，使得世界各地的用戶都能進行下載、使用，還能使更多的專家對其進行調(diào)整和完善，為其增添新的功能。Linux 作為一項現(xiàn)代科技的產(chǎn)物，會隨著科技的發(fā)展不斷的進行創(chuàng)新和完善，當(dāng)前，其功能的完善性和多樣性已經(jīng)處于世界的先列。隨著其功能的不斷增加、靈活性的提升和開放性的增加，它的應(yīng)用將會更加的廣泛。Linux 系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用于個人電腦中，在嵌入式系統(tǒng)中也能發(fā)揮極大的作用。Linux 系統(tǒng)良好的網(wǎng)絡(luò)功能使得嵌入式系統(tǒng)具有更強的網(wǎng)絡(luò)親和力，為互聯(lián)網(wǎng)的連接和擴展提供了一個良好的平臺。

3.2 嵌入式 Linux操作系統(tǒng)

嵌入式 Linux操作系統(tǒng)是根據(jù)嵌入式系統(tǒng)自身的特點而設(shè)計制造而成的一種小型操作系統(tǒng)。它只含有一個內(nèi)核和一些必要的系統(tǒng)模塊，因此所需的存儲空間很小。它具有良好的時效性，還能進行多任務(wù)多進程的管理。與一般的操作系統(tǒng)相比，Linux系統(tǒng)最大的特點在于，它的源代碼是開放的， 可隨意的剪裁其軟件系統(tǒng)，在嵌入式系統(tǒng)中具有良好的作用。Linux還具有強大的網(wǎng)絡(luò)功能，為今后進一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。Linux系統(tǒng)經(jīng)濟、簡潔、穩(wěn)定的優(yōu)點充分滿足了嵌入式系統(tǒng)對操作系統(tǒng)的要求，因而在嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

3.3 Linux操作系統(tǒng)的優(yōu)點

首先，Linux 系統(tǒng)的穩(wěn)定性很高，功能十分強大和完善， 可以支持多種硬件和軟件的應(yīng)用，操作簡單方便。Linux 是一個功能十分完善的操作系統(tǒng)，可以在多種處理器上進行應(yīng)用。但它的體積很小，可以將其內(nèi)核與系統(tǒng)文件放進一個軟盤上， 僅靠一臺硬件機器運轉(zhuǎn)。Linux 系統(tǒng)還可以實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的啟動。

其次，Linux 系統(tǒng)的使用成本很低。傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)， 如應(yīng)用十分廣泛的 windows 系統(tǒng)都需要付費進行下載，在使用應(yīng)用軟件時還需要支付額外的費用。但Linux 系統(tǒng)是完全免費的，只要用戶遵守 GPL 協(xié)議，就可以免費下載，還可以獲得相應(yīng)的軟件工具開發(fā)包。這可以為用戶省下一大把支出。

第三，文檔完善。Linux 系統(tǒng)支持多種文檔類型，并為首次使用Linux 系統(tǒng)的用戶提供了詳盡的使用幫助。Linux 系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)有著緊密的關(guān)聯(lián)，許多Linux 的文檔都可以在互聯(lián)網(wǎng)上找到。隨著越來越多的研究人員和用戶參與到Linux 系統(tǒng)文檔的收集中，關(guān)于Linux 系統(tǒng)的理論研究和翻譯書籍正在不斷電增加，從而更好的幫助用戶使用這一操作系統(tǒng)。

第四，強大的網(wǎng)絡(luò)功能。Linux 系統(tǒng)最顯著的特點就是其強大的網(wǎng)絡(luò)功能。幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都可以在Linux 系統(tǒng)上找到，Linux 的內(nèi)核也能更好的處理網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

嵌入式Linux 操作系統(tǒng)的設(shè)計

嵌入式操作系統(tǒng)的設(shè)計目的是實現(xiàn)系統(tǒng)中各個應(yīng)用程序的功能，并對不同層次的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供良好的支持。嵌入式Linux 操作系統(tǒng)的設(shè)計主要分為四個步驟。

首先，通過智能倉儲系統(tǒng)對區(qū)域內(nèi)的溫度進行收集，這要求嵌入式操作系統(tǒng)具備良好的時效性。但 Linux 內(nèi)核的管理模式采用的是分時機制，在時效性上略差，因此在進行Linux系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)對其時效性進行提升，并且增強中斷處理的能力。

其次，對嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計需要從網(wǎng)絡(luò)的檢測與控制角度進行，完善設(shè)備的采集、監(jiān)控和維護功能，對設(shè)備進行定期的調(diào)整與維護，在發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障時及時的進行修復(fù)。這要求嵌入式設(shè)備在運行的過程中應(yīng)當(dāng)適時地對一些關(guān)鍵的信息數(shù)據(jù)進行保存。這樣，即使系統(tǒng)出現(xiàn)故障需要重啟，這些數(shù)據(jù)也不會丟失。嵌入式系統(tǒng)對操作系統(tǒng)的體積有較高的要求， 因此像ide 這樣體積較大的存儲設(shè)備是無法應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)中的。嵌入式系統(tǒng)常用的存儲設(shè)備是閃存設(shè)備。在供電方式上， 嵌入式系統(tǒng)采用的是電池供電，在電源的穩(wěn)定性上較差。為了確保系統(tǒng)在突然斷電的情況下不會丟失重要的信息，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮 Flash 的可擦寫能力，通過Flash 來動態(tài)的保存數(shù)據(jù)。

最后，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序要求顯示屏上能夠顯示出采集的數(shù)據(jù)信息。這要求嵌入式操作系統(tǒng)具有中文的顯示和處理功能。但是Linux 當(dāng)前的中文顯示功能尚未完善，大多數(shù)應(yīng)用程度只能在應(yīng)用層內(nèi)進行中文化。嵌入式設(shè)備自身的處理和存儲能力本身就較為有限，要提高系統(tǒng)的中文讀寫能力， 就必須從內(nèi)核上增加中文支持。

最后，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序應(yīng)當(dāng)以開發(fā)板作用硬件平臺，并為平臺上的所有硬件設(shè)施提供良好的 Flash 和顯示功能。

4 實時操作系統(tǒng)

實時操作系統(tǒng)是指具有一定的時效性，能夠支持實時性的控制程序的操作系統(tǒng)類型。實時化的操作系統(tǒng)能夠在邊界內(nèi)提供系統(tǒng)服務(wù)，并且能夠顯示出完成服務(wù)內(nèi)容所需要的具體時間。在實時化操作系統(tǒng)上，每一個程序運行所需要的時間都是可以計算的。實時操作系統(tǒng)的使用目的是為了在有限的時間內(nèi)最大限度的利用系統(tǒng)的資源，實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制作用。實時操作系統(tǒng)與分時操作系統(tǒng)有著本質(zhì)上的區(qū)別。分時操作系統(tǒng)對于程序的執(zhí)行時間并沒有嚴(yán)格的要求，在運行時間上的誤差也不會引起太大的問題。而實時性的操作系統(tǒng)對程序運行的時間有著極為嚴(yán)格的要求，一旦時間出現(xiàn)誤差就會導(dǎo)致程序運行的失效。

5 結(jié) 語

在當(dāng)前的技術(shù)環(huán)境下，嵌入式技術(shù)有著良好的應(yīng)用前景。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的功能不斷完善， 性能更加優(yōu)越。嵌入式 Linux 具有內(nèi)核高效、源碼開發(fā)、軟件種類多樣等特點，是嵌入式系統(tǒng)中重要的研究領(lǐng)域。