浅谈嵌入式Linux系统及其应用前景
采用的是本地调试,首先要将所需的调试器移植到目标系统中,然后就可以直接在目标机上运行调试器来调试应用程序了;如果采用的是远程调试,则需要移植一个调试服务器到目标系统中,并通过它与宿主机上的调试器共同完成应用程序的调试。在嵌入式Linux系统的开发中,远程调试时目标机上使用的调试服务器通常是gdbserver,而宿主机上使用的调试器则是gdb。两者相互配合共同完成调试过程。 第四步,系统测试。整个软件系统编译过程,嵌入式系统的硬件一般采用专门的测试仪器进行测试,而软件则需要有相关的测试技术和测试工具的支持,并要采用特定的测试策略。测试技术指的是软件测试的专门途径,以及能够更加有效地运用这些途径的特定方法。在嵌入式软件测试中,常常要在基于目标机的测试和基于宿主机的测试之间做出折衷。基于目标机的测试需要消耗较多的时间和经费,而基于宿主机的测试虽然代价较小,但毕竟是在仿真环境中进行的,因此难以完全反映软件运行时的实际情况。这两种环境下的测试可以发现不同的软件缺陷,关键是要对目标机环境和宿主机环境下的测试内容进行合理取舍。嵌入式软件测试中经常用到的测试工具主要有:内存分析工具、性能分析工具、覆盖分析工具、缺陷跟踪工具等,在这里不加详述。嵌入式Linux系统的典型构成见图4。 以下即为一个典型开发工具的使用流程: ① 写入或植入引导码; ② 向串口打印字符串的编码; ③ 将gdb目标码移植工作串口,可与另一台运行gdb程序的Linux主机系统对话; ④ 利用gdb让硬件和软件初始化码在Linux内核启动时工作; ⑤ Linux内核启动,串口成为Linux控制口并可用于后续开发; ⑥ 如果在目标硬件上已运行了完整的Linux内核,即可调试用户的应用进程。
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4 嵌入式Linux面临的挑战
目前,对嵌入式Linux系统的开发正在蓬勃兴起,并已形成了很大的市常除了一些传统的Linux公司,像RedHat、VA Linux等,正在从事嵌入式Linux的研究之外,一批新公司(如Lineo、TimeSys等)和一些传统的大公司(如IBM、SGI、 Motorola、Intel等)以及一些开发专用嵌入式操作系统的公司(如Lynx)也都在进行嵌入式Linux的研究和开发。但就目前的技术而言,嵌入式Linux的研究成果与市场的真正需求还有一些距离,因此,嵌入式Linux走向成熟还需要在以下几个方面有所发展。 (1)Linux的实时性扩充 实时性是嵌入式操作系统的基本要求。由于Linux还不是一个真正的实时操作系统,内核不支持事件优先级和抢占实时特性,所以在开发嵌入式Linux 的过程中,首要问题是扩展Linux的实时性能。对Linux实时性的扩展可以从两方面进行:向外扩展和向上扩展。向外扩展即从范围上扩展,让实时系统支持的范围更广,支持的设备更多。目前的开发所面向的设备仅限于较简单的有实时要求的串/并口数据采集、浮点数据计算等,而像实时网络这样实时系统的高级应用还需进一步发展。向上扩展是扩充Linux内核,从功能上扩充Linux的实时处理和控制系统。如嵌入式系统RT-Linux,它的基本原理是将Linux本身的任务以及Linux内核本身作为一个优先级最低的任务,而实时任务作为优先级最高的任务,即在实时任务存在的情况下运行实时任务,否则就运行Linux本身的任务。实时任务不同于Linux普通进程。它是以Linux的可装载的内核模块 (Loadable Kernel Module,LKM)的形式存在的,需要运行实时任务的时候,将这个实时任务的内核模块插入到内核中去,实时任务和Linux一般进程之间的通信通过共享内存或者FIFO通道来实现。 (2)改变Linux内核的体系结构 Linux的内核体系采用的是Monolithic。在这种体系结构中,内核的所有部分都集中在一起,而且所有的部件在一起编译连接。这样虽然能使系统的各部分直接沟通,有效地缩短任务之间的切换时间,提高系统的响应速度和CPU的利用率,且实时性好;但在系统比较大时体积也比较大,与嵌入式系统容量孝资源有限的特点不符。而另外一种内核体系结构MicroKernel, 在内核中只包括了一些基本的内核功能,如创建和删除任务、任务调度、内存管理和中断处理等部分,而文件系统、网络协议栈等部分都是在用户内存空间运行。这种结构虽然执行效率不如Monolithic内核,但大大减小了内核的体积,同时也方便了整个系统的升级、维护和移植,更能满足嵌入式系统的特点需要。为此,要使嵌入式Linux的应用更加广泛,若将Linux目前的Monolithic内核结构中的部分结构改造成MicroKernel体系结构,可使得到的Linux既具有很好的实时性,又能满足嵌入式系统体积小的要求。 另外,Linux
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