第1章嵌入式Linux系統概述第1章嵌入式Linux系統概述

1.1嵌入式系統概述嵌入式系統概述隨著計算機技術的飛速發展和嵌入式微處理器的出現，計算機應用出現了歷史性的變化，并逐漸形成了計算機系統的兩大分支：通用計算機系統和嵌入式計算機系統。嵌入式系統早期曾被稱為嵌入式計算機系統或隱藏式計算機，隨著半導體技術及微電子技術的快速發展，嵌入式系統得以風靡式發展，性能不斷提高，以致出現一種觀點，即嵌入式系統通常是基于32位微處理器設計的，往往帶操作系統，本質上是瞄準高端領域和應用的。然而隨著嵌入式系統應用的普及，這種高端應用系統和之前廣泛存在的單片機系統間的本質聯系，使嵌入式系統與單片機毫無疑問地聯系在了一起。1.1.1嵌入式系統概述嵌入式系統概述嵌入式系統是先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與各個行業的具體應用相結合的產物，這決定了它是技術密集、資金密集、知識高度分散、不斷創新的集成系統。同時，嵌入式系統又是針對特定的應用需求而設計的專用計算機系統，這也決定了它必然有自己的特點。不同嵌入式系統的具有一定差異，一般來說，嵌入式系統有以下特點：（1）軟/硬件資源有限。過去只在個人計算機PC中安裝的軟件現在也出現在復雜的嵌入式系統中。（2）集成度高、可靠性高、功耗低。（3）有較長的生命周期。嵌入式系統通常與所嵌入的宿主設備具有相同的使用壽命。（4）軟件程序存儲（固化）在存儲芯片上，開發者通常無法改變。（5）嵌入式系統是計算機技術、半導體技術、電子技術和各個行業的應用相結合的產物。（6）一般來說，嵌入式系統并非總是獨立的設備，而是作為某個更大型計算機系統的輔助系統。（7）嵌入式系統通常都與真實物理環境相連，并且是激勵系統。激勵系統處在某一狀態，并且等待著輸入或激發信號，從而完成計算并輸出更新的狀態。1.1.1嵌入式系統概述1.1.1.1嵌入式系統的特點嵌入式系統概述嵌入式系統一般由硬件系統和軟件系統兩大部分組成。其中，硬件系統包括嵌入式微處理器、外設和必要的外圍電路；軟件系統包括嵌入式操作系統和應用軟件。常見嵌入式系統的組成如圖所示。1.1.1嵌入式系統概述1.1.1.2嵌入式系統的組成嵌入式系統概述硬件系統（1）嵌入式微處理器。嵌入式微處理器是嵌入式系統硬件系統的核心，早期嵌入式系統的嵌入式微處理器由（甚至包含幾個芯片的）微處理器來擔任，而如今的嵌入式微處理器一般采用IC（集成電路）芯片形式，可以是ASIC（專用集成電路）或者SoC中的一個核。核是VLSI（超大規模集成電路）上功能電路的一部分。嵌入式微處理器芯片有如下幾種：微處理器、微控制器、數字信號微處理器（DSP）、片上系統和多微處理器和多核微處理器。（2）外設。外設包括存儲器、I/O接口等輔助設備。盡管MCU已經包含了大量外設，但對于需要更多I/O端口和更大存儲能力的大型系統來說，還需要連接額外的I/O端口和存儲器，用于擴展其他功能和提高性能。1.1.1嵌入式系統概述1.1.1.2嵌入式系統的組成嵌入式系統概述軟件系統嵌入式軟件系統可以分成有操作系統和無操作系統兩大類，嵌入式的高級應用，多任務成為基本需求，因此操作系統也是嵌入式系統中的必要組成部分，用于協調多任務。此外，嵌入式軟件中用到的高級語言有：C語言、C++和Java等編程語言。嵌入式軟件系統由應用程序、API、嵌入式操作系統等軟件組成，解決一些在大型計算機軟件中不存在的問題：因經常同時完成若干任務，必須能及時響應外部事件，能在無人干預的條件下處理所有異常和突發情況。1.1.1嵌入式系統概述1.1.1.2嵌入式系統的組成第1章嵌入式Linux系統概述

1.2嵌入式Linux技術嵌入式系統概述Linux是一種類Unix操作系統，是一個基于POSIX和Unix的多用戶、多任務、支持多線程和多CPU的操作系統，支持32位和64位硬件，Linux繼承了Unix以網絡為核心的設計思想，是一種性能穩定的多用戶網絡操作系統。特點如下：1.2.1Linux簡介（1）Linux由眾多微內核組成，其源代碼完全開源；（2）Linux繼承了Unix的特性，具有非常強大的網絡功能，其支持所有的因特網協議，包括TCP/IPv4、TCP/IPv6和鏈路層拓撲程序等，且可以利用Unix的網絡特性開發出新的協議棧；（3）Linux系統工具鏈完整，簡單操作就可以配置出合適的開發環境，可以簡化開發過程，減少開發中仿真工具的障礙，使系統具有較強的移植性；嵌入式系統概述在Linux內核的發展過程中，各種Linux發行版本推動了Linux的應用，從而讓更多的人開始關注Linux。Linux的各個發行版本使用的是同一個Linux內核，因此在內核層不存在什么兼容性問題，每個版本有不一樣的感覺，只在發行版本的最外層才有所體現。幾款常用的Linux發行版本介紹如下：1.2.2Linux發行版（1）RedHatLinuxRedHat公司的產品主要包括RHEL（RedHatEnterpriseLinux）和CentOS（RHEL的社區克隆版本）、FedoraCore（由RedHat桌面版發展而來）。（2）UbuntuLinuxUbuntu基于DebianLinux發展而來，界面友好，容易上手，對硬件的支持非常全面，適合做桌面系統。（3）SuSELinuxSuSELinux以SlackwareLinux為基礎，1994年發行了第一版，2004年被Novell公司收購后，成立了OpenSUSE社區，推出了社區版本OpenSUSE。SuSELinux可以與Windows的交互，擁有界面友好的安裝過程、圖形管理工具。（4）GentooLinuxGentoo最初由DanielRobbins創建，首個穩定版本發布于2002年。嵌入式系統概述利用Linux其自身的許多特點，把它應用到嵌入式系統里，這是Linux做嵌入式的優勢。（1）Linux開放源代碼，眾多Linux愛好者又是Linux開發者的強大技術支持；（2）Linux的內核小、效率高，內核的更新速度很快，linux是可以定制的，其系統內核最小只有約134KB。（3）Linux免費開源，在價格上極具競爭力。Linux還有著嵌入式操作系統所需要的很多特色，Linux適應于多種CPU和多種硬件平臺，是一個跨平臺的系統，且性能穩定，裁剪性很好，開發和使用都很容易。Linux對最常用的TCP/IP協議有最完備的支持。1.2.3嵌入式Linux技術嵌入式系統概述自從20世紀70年代微處理器誕生后，將計算機技術、半導體技術和微電子技術等融合在一起的專用計算機系統，即嵌入式系統，已廣泛地應用于家用電器、航空航天、工業、醫療、汽車、通信、信息技術等領域。各種各樣的嵌入式系統和產品在應用數量上已遠遠超過通用計算機，從日常生活、生產到社會的各個角落，可以說嵌入式系統無處不在。與人們生活緊密相關的幾個應用領域列舉如下。1.2.4嵌入式技術的應用（1）消費類電子產品應用。嵌入式系統在消費類電子產品應用領域的發展最為迅速，而且在這個領域中的嵌入式微處理器的需求量也是最大的。由嵌入式系統構成的消費類電子產品已經成為生活中必不可少的一部分，如智能冰箱、流媒體電視等信息家電產品，以及智能手機、PDA、數碼相機、MP3、MP4等。（2）智能儀器儀表類應用。這類產品可能離日常生活有點距離，但是對于開發人員來說，卻是實驗室里的必備工具，如網絡分析儀、數字示波器、熱成像儀等。通常這些嵌入式設備中都有一個應用微處理器和一個運算微處理器，可以完成數據采集、分析、存儲、打印、顯示等功能。（3）通信信息類產品應用。這些產品多數應用于通信機柜設備中，如路由器、交換機、家庭媒體網關等，在民用市場使用較多的莫過于路由器和交換機了。基于網絡應用的嵌入式系統也非常多，目前市場發展較快的是遠程監控系統等在監控領域中應用的系統。嵌入式系統概述1.2.4嵌入式技術的應用（4）過程控制類應用。過程控制類應用主要是指在工業控制領域中的應用，包括對生產過程中各種動作流程的控制，如流水線檢測、金屬加工控制、汽車電子等。汽車工業在中國已取得了飛速的發展，汽車電子也在這個大發展的背景下迅速成長。現在，一輛汽車中往往包含有上百個嵌入式系統，它們通過總線相連，實現對汽車各部分的智能控制；車載多媒體系統、車載GPS導航系統等，也都是典型的嵌入式系統應用。（5）航空航天類應用。不僅在低端的民用產品中，在像航空航天這樣的高端應用的中同樣需要大量的嵌入式系統，如火星探測器、火箭發射主控系統、衛星信號測控系統、飛機的控制系統、探月機器人等。我國的探月工程中“嫦娥三號”的探月工程車就是最好的證明。（6）生物微電子類應用。在指紋識別、生物傳感器數據采集等應用中也廣泛采用了嵌入式系統。環境監測已經成為人類必須面對的問題，隨著技術的發展，將來的空氣中、河流中可以用大量的微生物傳感器實時地監測環境狀況，而且還可以把這些數據實時地傳送到環境監測中心，以監測整個生活環境，避免發生更深層次的環境污染。這也許就是將來圍繞在人們生存環境周圍的一個無線環境監測傳感器網絡。嵌入式系統概述1.2.4嵌入式技術的應用（7）嵌入式人工智能技術。深度學習功能已