嵌入式Linux的发展及应用前景

2024年2月8日发(作者：)

近年来，随着计算技术、通信技术的飞速发展，特别是互联网的迅速普及和3C（计算机、通信、消费电子）合一的加速，微型化和专业化成为发展的新趋势，嵌入式产品成为信息产业的主流。Linux从1991年问世到现在，短短的十几年时间已经发展成为功能强大、设计完善的操作系统之一；可运行在X86、Alpha、Sparc、MIPS、PPC、Motorola、NEC、ARM等多种硬件平台，而且开放源代码，可以定制；可与各种传统的商业操作系统分庭抗争。越来越多的企业和研发机构都转向嵌入式Linux的开发和研究上，在新兴的嵌入式操作系统领域内也获得了飞速发展。

1 嵌入式Linux的特点

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机为基础，软硬件可裁剪，适用于系统对功能、可靠性、成本、功耗严格要求的专用计算机系统，系统结构见图1。实时性是嵌入式系统的基本要求，其次，还要求代码小，速度快，可靠性高。嵌入式Linux（Embedded Linux）是指对Linux经过裁剪小型化后，可固化在存储器或单片机中，应用于特定嵌入式场合的专用Linux操作系统。嵌入式Linux的开发和研究已经成为目前操作系统领域的一个热点。与其它嵌入式操作系统相比（详见表1），Linux的特点如下。

表1 专用嵌入式实时操作系统与嵌入式Linux的比较

版权费

购买费用

技术支持

网络特性

软件移值

专用嵌入式实时操作系统

每生产一件产品需交纳一份版权费 免费

数十万元（RMB） 免费

嵌入式Linux操作系统

由开发商独家提供有限的技术支持 全世界的自由软件开发者提供支持

另加数十万元（RMB）购买

难（因为是封闭系统）

免费且性能优异

易，代码开放（有许多应用软件支持）

短，新产品上市迅速，因为有许多公开的代码可以参考和移植

须改进，可用PT_Linux等模块弥补

较好，但在高性能系统中须改进

应用产品开发周期 长，因为可参考的代码有限

实时性能

稳定性

好

较好

第一，Linux系统是层次结构且内核完全开放。Linux是由很多体积小且性能高的微内核系统组成。在内核代码完全开放的前提下，不同领域和不同层次的用户可以根据自己的应用需要方便地对内核进行改造，低成本地设计和开发出满足自己需要的嵌入式系统。

第二，强大的网络支持功能。Linux诞生于因特网时代并具有Unix的特性，保证了它支持所有标准因特网协议，并且可以利用Linux的网络协议栈将其开发成为嵌入式的TCP/IP网络协

议栈。 此外，Linux还支持ext2、fat16、fat32、romfs等文件系统，为开发嵌入式系统应用打下了很好的基础。

第三，Linux具备一整套工具链，容易自行建立嵌入式系统的开发环境和交叉运行环境，可以跨越嵌入式系统开发中仿真工具的障碍。Linux也符合IEEE POSIX.1标准，使应用程序具有较好的可移植性。

传统的嵌入式开发的程序调试和调试工具是用在线仿真器（ICE）实现的。它通过取代目标板的微处理器，给目标程序提供一个完整的仿真环境，完成监视和调试程序；但一般价格比较昂贵，只适合做非常底层的调试。使用嵌入式Linux，一旦软硬件能够支持正常的串口功能，即使不用仿真器，也可以很好地进行开发和调试工作，从而节省一笔不小的开发费用。嵌入式Linux为开发者提供了一套完整的工具链（tool chain）。它利用GNU的gcc做编译器，用gdb、kgdb、xgdb做调试工具，能够很方便地实现从操作系统到应用软件各个级别的调试。

第四，Linux具有广泛的硬件支持特性。无论是RISC还是CISC、32位还是64位等各种处理器，Linux都能运行。Linux通常使用的微处理器是Intel X86芯片家族，但它同样能运行于Motorola公司的68K系列CPU和IBM、Apple、Motorola公司的PowerPC CPU以及Intel公司的StrongARM CPU等处理器。Linux支持各种主流硬件设备和最新硬件技术，甚至可以在没有存储管理单元（MMU）的处理器上运行。这意味着嵌入式Linux将具有更广泛的应用前景。

2 Linux嵌入式系统开发平台

2.1 系统软件操作平台

操作系统是一种在计算机上运行的软件。它的主要任务是管理计算机上的系统资源，为用户提供使用计算机及其外部设备的接口。它存在的目的是为了管理所有硬件资源，并且提供应用软件一个合适的操作环境。嵌入式系统由于硬件的限制，通常只具有极稀少的硬件资源，如主频较低的CPU、较小的内存、小容量的固态电子盘芯片DoC（Disk on Chip）或DoM（Disk on Module）替代磁盘等。在使用电池的系统中，它还要实现低功耗，延长电池使用时间的功能。

Linux作为嵌入式操作系统是完全可行的。因为Linux提供了完成嵌入功能的基本内核和所需要的所有用户界面，能处理嵌入式任务和用户界面。将Linux看作是连续的统一体，从一个具有内存管理、任务切换和时间服务及其它分拆的微内核到完整的服务器，支持所有的文件系统和网络服务。Linux作为嵌入式系统，是一个带有很多优势的新成员。它对许多CPU和硬件平台都是易移植、稳定、功能强大、易于开发的。

嵌入式Linux系统需要下面三个基本元素：系统引导工具（用于机器加电后的系统定位引导）、Linux微内核（内存管理、 程序管理）、初始化进程。但如果要它成为完整的操作系统并且继续保持小型化，还必须加上硬件驱动程序、硬件接口程序和应用程序组。

Linux是基于GNU的C编译器，作为GNU工具链的一部分，与gdb源调试器一起工作的。它提供了开发嵌入式Linux系统的所有软件工具。

2.2 系统硬件平台

在选择硬件时，常由于缺乏完整或精确的信息而使硬件选择成为复杂且困难的工作。硬件开发成本常是我们很关心的。当考虑硬件成本时，须要考虑产品的整个成本而不仅是CPU的成本。因为合适的CPU，一旦加上总线逻辑和延时电路使之与外设一起工作，硬件系统就可能变得非常昂贵。如果要寻找嵌入式软件系统，那么，应首先确定硬件平台，即确定微处理器CPU的型号。

现在比较流行的硬件平台有Intel公司的StrongARM 系列，Motorola公司的DragonBall系列，NEC公司的VR系列，Hitachi公司的SH3、SH4系列等等。选定硬件平台前，首先要确定系统的应用功能和所需要的速度，并制定好外接设备和接口标准。这样才能准确地定位所需要的硬件方案，得到性价比最高的系统。

3 嵌入式Linux系统开发模式

嵌入式系统通常为一个资源受限的系统。直接在嵌入式系统的硬件平台上编写软件比较困难，有时甚至是不可能的。一般流程见图2。目前，一般采用的办法是，先在通用计算机上编写程序，然后，通过交叉编译，生成目标平台上可运行的二进制代码格式，最后下载到目标平台上的特定位置上运行，具体步骤如下。

第一步，建立嵌入式Linux交叉开发环境。目前，常用的交叉开发环境主要有开放和商业两种类型。开放的交叉开发环境的典型代表是GNU工具链，目前已经能够支持x86、ARM、MIPS、PowerPC等多种处理器。商业的交叉开发环境主要有Metrowerks CodeWarrior、ARM Software

Development Toolkit、SDS Cross compiler、WindRiver Tornado、Microsoft Embedded Visual

C++等。交叉开发环境是指编译、链接和调试嵌入式应用软件的环境。它与运行嵌入式应用软件的环境有所不同，通常采用宿主机/目标机模式，见图3。

第二步，交叉编译和链接。在完成嵌入式软件的编码之后，就是进行编译和链接，以生成可执行代码。由于开发过程大多是在Intel公司x86系列CPU的通用计算机上进行的，而目标环境的处理器芯片却大多为ARM、MIPS、PowerPC、DragonBall等系列的微处理器，这就要求在建立好的交叉开发环境中进行交叉编译和链接。

例如，在基于ARM体系结构的gcc交叉开发环境中，arm-linux-gcc是交叉编译器，arm-linux-ld是交叉链接器。通常情况下，并不是每一种体系结构的嵌入式微处理器都只对应于一种交叉编译器和交叉链接器。如对于M68K体系结构的gcc交叉开发环境而言，就对应于多种不同的编译器和链接器。如果使用的是COFF格式的可执行文件，那么在编译Linux内核时，需要使用m68k-coff-gcc和m68k-coff-ld，而在编译应用程序时则需要使用m68k-coff-pic-gcc和m68k-coff-pic-ld。编写好的嵌入式软件经过交叉编译和交叉链接后，通常会生成两种类型的可执行文件：用于调试的可执行文件和用于固化的可执行文件。

第三步，交叉调试。

① 硬件调试。如果不采用在线仿真器，可以让CPU直接在其内部实现调试功能，并通过在开发板上引出的调试端口，发送调试命令和接收调试信息，完成调试过程。目前，Motorola公司提供的开发板上使用的是DBM调试端口，而ARM公司提供的开发板上使用的则是JTAG调试端口。使用合适的软件工具与这些调试端口进行连接，可以获得与ICE类似的调试效果。

② 软件调试。在嵌入式Linux系统中，Linux系统内核调试，可以先在Linux内核中设置一个调试桩（debug stub），用作调试过程中和宿主机之间的通信服务器。然后，可以在宿主机中通过调试器的串口与调试桩进行通信，并通过调试器控制目标机上Linux内核的运行。

嵌入式上层应用软件的调试可以使用本地调试和远程调试两种方法。如果采用的是本地调试，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。

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场。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，与嵌入式系统容量小、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是一个需要占用存储器的操作系统。虽然这可以通过减少一些不必要的功能来弥补，但可能会浪费很多时间，而且容易带来很大的麻烦。许多Linux的应用程序都要用到虚拟内存，这在许多嵌入式系统中是没有价值的。所以，并不是一个没有磁盘的Linux嵌入式系统就可以运行任何Linux应用程序。

(3)完善Linux的集成开发环境

提供完整的集成开发环境是每一个嵌入式系统开发人员所期待的。一个完整的嵌入式系统的集成开发环境一般需要提供的工具是：编译/连接器、内核调试/跟踪器和集成图形界面开发平台。其中的集成图形界面开发平台包括编辑器、调试器、软件仿真器和监视器等。在Linux系统中，具有功能强大的gcc编译器工具链，使用了基于GNU的调试器gdb的远程调试功能，一般由一台客户机运行调试程序调试宿主机运行的操作系统内核; 在使用远程开发时还可以使用交叉平台的方式，如在Windows平台下的调试跟踪器对Linux的宿主系统做调试。但是，Linux在基于图形界面的特定系统定制平台的研究上，与Windows操作系统相比还存在差距。因此，要使嵌入式Linux在嵌入式操作系统领域中的优势更加明显，整体集成开发环境还有待提高和完善。

5 嵌入式Linux的发展及应用前景

综上，由于Linux具有对各种设备的广泛支持性，因此，能方便地应用于机顶盒、IA设备、PDA、掌上电脑、WAP手机、寻呼机、车载盒以及工业控制等智能信息产品中。与PC相比，手持设备、IA设备以及信息家电的市场容量要高得多，而Linux嵌入式系统的强大的生命力和利用价值，使越来越多的企业和高校表现出对它极大的研发热情。蓝点软件公司、博利思公司、共创软件联盟、中科红旗等公司都已将嵌入式系统的开发作为自己的主要发展方向之一。

在嵌入式系统的应用中，Linux嵌入式操作系统所具有的技术优势和独特的开发模式给业界以新异。有理由相信，它能成为Internet时代嵌入式操作系统中的最强音。

嵌入式操作系统EOS（Embedded OperatingSystem）是一种用途广泛的系统软件，过去它主要应用于工业控制和国防系统领域。EOS负责嵌人系统的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制协调并发活动；它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。目前，已推出一些应用比较成功的EOS产品系列。随着Internet技术的发展、信息家电的普及应用及EOS的微型化和专业化，EOS开始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展。嵌人式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。EOS是相对于一般操作系统而言的，它除具备了一般操作系统最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件功能等外，还有以下特点：

(1)可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构。

(2)强实时性。EOS实时性一般较强，可用于各种设备控制当中。

(3)统一的接口。提供各种设备驱动接日.

(4)操作方便、简单、提供友好的图形GUI，图形界面，追求易学易用.

(5)提供强大的网络功能，支持TCP门P协议及其它协议，提供TCP／UDP／IP／PPP协议支持及统一的MAC访问层接口，为各种移动计算设备预留接口.

(6)强稳定性，弱交互性。嵌入式系统一旦开始运行就不需要用户过多的干预，这就要负责系统管理的EOS臭有较强的稳定性。嵌入式操作系统的用户接日一般不提供操作命令，它通过系统调用命令向用户程序提供服务。

(7)固化代码。在嵌入系统中，嵌入式操作系统和应用软件被固化在嵌入式系统计算机的ROM中。辅助存储器在嵌入式系统中很少使用，因此，嵌入式操作系统的文件管理功能应该能够很容易地拆卸，而用各种内存文件系统.

(8)更好的硬件适应性，也就是良好的移植性.

国际上用于信息电器的嵌入式操作系统有40种左右。现在，市场上非常流行的EOS产品，包括3Corn公司下属子公司的Palm OS，全球占有份额达50％，MicroS。fi公司的Wind。ws CE不过29％。在美国市场，Palm OS更以80％的占有率远超Windows CE。开放源代码的Linux很适于做信息家电的开发.

比如：中科红旗软件技术有限公司开发的红旗嵌入式Linux和美商网虎公司开发的基于Xlinux的嵌人式操作系统“夸克”。“夸克”是目前全世界最小的Linux，它有两个很突出的特点，就是体积小和使用GCS编码。

常见的嵌入式系统有:Linux、uClinux、WinCE、PalmOS、Symbian、eCos、uCOS-II、VxWorks、pSOS、Nucleus、ThreadX 、Rtems 、QNX、INTEGRITY、OSE、C

Executive .

嵌入式操作系统的发展

1． 引言

嵌入式操作系统与嵌入式系统密不可分。嵌入式系统主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。

嵌入式技术的发展，大致经历了四个阶段[1]。

第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统，同时具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。这种系统大部分应用于一些专业性极强的工业控制系统中，一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接控制，运行结束后清除内存。

第二阶段是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。这一阶段的操作系统具有一定的兼容性和扩展性，但用户界面不够友好。

第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。这一阶段系统的主要特点是：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大量的应用程序接口（API），开发应用程序简单；嵌入式应用软件丰富。

第四阶段是以基于Internet 为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外，但随着Internet的发展以及 Internet技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切，嵌入式设备与Internet的结合将代表着嵌入式技术的真正未来[2]。

嵌入式系统的发展对嵌入式操作系统提出了更高的要求。因此，对嵌入式操作系统的结构、设计、用户界面等诸多方面进行深入研究，将有助于嵌入式系统的应用和发展。

2． 嵌入式操作系统的特点

2.1 嵌入式系统的开发人员对操作系统的依赖性

早期的硬件设备很简单，软件的编程和调试工具也很原始，与硬件系统配套的软件都必须从头编写。程序大都采用宏汇编语言，调试是一件很麻烦的事。随着系统越来越复杂，操作系统就显得很必要。

（1）操作系统能有效管理越来越复杂的系统资源。

（2）操作系统能够把硬件虚拟化，使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护中解脱出来。

（3）操作系统能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序。

在70年代的后期，出现了嵌入式系统的操作系统。在80年代末，市场上出现了几个著名的商业嵌入式操作系统，包括Vxwork、Neculeus、QNX和Windows CE等，这些系统提供性能良好的开发环境，提高了应用系统的开发效率。

2．2 嵌入式操作系统的特点

与其他类型的操作系统相比，嵌入式操作系统具有以下一些特点。

（1）体积小。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用闪存（Flash Memory）作为存储介质。这就要求嵌入式操作系统只能运行在有限的内存中，不能使用虚拟内存，中断的使用也受到限制。因此，嵌入式操作系统必须结构紧凑，体积微小。

（2）实时性。大多数嵌入式系统都是实时系统，而且多是强实时多任务系统，要求相应的嵌入式操作系统也必须是实时操作系统(RTOS)[8]。实时操作系统作为操作系统的一个重要分支已成为研究的一个热点，主要探讨实时多任务调度算法和可调度性、死锁解除等问题。

（3）特殊的开发调试环境。提供完整的集成开发环境是每一个嵌入式系统开发人员所期待的。一个完整的嵌入式系统的集成开发环境一般需要提供的工具是编译/连接器、内核调试/跟踪器和集成图形界面开发平台。其中的集成图形界面开发平台包括编辑器、调试器、软件仿真器和监视器等。

3． 嵌入式操作系统的发展状况

国外嵌入式操作系统已经从简单走向成熟，主要有Vxwork、 QNX、PalmOS、Windows CE等。国内的嵌入式操作系统研究开发有2种类型，一类是基于国外操作系统二次开发完成的，如海信的基于Windows CE的机顶盒系统；另一类是中国自主开发的嵌入式操作系统，如凯思集团公司自主研制开发的嵌入式操作系统Hopen OS（“女娲计划”）等。

Windows CE内核较小，能作为一种嵌入式操作系统应用到工业控制等领域。其优点在于便携性、提供对微处理器的选择以及非强行的电源管理功能。内置的标准通信能力使 Windows CE能够访问Internet并收发E_mail或浏览Web。除此之外，Windows CE特有的与Windows类似的用户界面使最终用户易于使用。Windows

CE的缺点是速度慢、效率低、价格偏高、开发应用程序相对较难。

3Com公司的Palm OS在掌上电脑和PDA市场上独占其霸主地位，它有开放的操作系统应用程序接口(API)，开发商可根据需要自行开发所需的应用程序。

QNX是由加拿大QSSL公司开发的分布式实时操作系统,它由微内核和一组共操作的进程组成,具有高度的伸缩性,可灵活地剪裁，最小配置只占用几十KB内存。因此，可以广泛地嵌入到智能机器、智能仪器仪表、机顶盒、通讯设备、PDA等应用中去[6][7]。

Hopen OS是凯思集团自主研制开发的嵌入式操作系统，由一个体积很小的内核及一些可以根据需要进行定制的系统模块组成。其核心Hopen Kernel一般为10KB左右大小，占用空间小，并具有实时、多任务、多线程的系统特征。

在众多的实时操作系统和嵌入式操作系统产品中，WindRiver公司的VxWorks是较为有特色的一种实时操作系统[5]。VxWorks 支持各种工业标准，包括POSIX、ANSI

C 和TCP/IP网络协议。VxWorks 运行系统的核心是一个高效率的微内核，该微内核支持各种实时功能，包括快速多任务处理、中断支持、抢占式和轮转式调度。微内核设计减轻了系统负载并可快速响应外部事件。在美国宇航局的“极地登陆者”号、“深空二号”和火星气候轨道器等登陆火星探测器上，就采用了VxWorks，负责火星探测器全部飞行控制，包括飞行纠正、载体自旋和降落时的高度控制等，而且还负责数据收集和与地球的通信工作。目前在全世界装有VxWorks 系统的智能设备数以百万计，其应用范围遍及互联网、电信和数据通信、数字影像、网络、医学、计算机外设、汽车、火控、导航与制导、航空、指挥、控制、通信和情报、声纳与雷达、空间与导弹系统、模拟和测试等众多领域。

4． Linux

4．1 嵌入式Linux的应用开发前景

Linux是个与生俱来的网络操作系统，成熟而且稳定。Linux是源代码开放软件，不存在黑箱技术，任何人都可以修改它，或者用它开发自己的产品。Linux系统是可以定制的，系统内核目前已经可以做得很小。一个带有中文系统及图形化界面的核心程序也可以做到不足1MB，而且同样稳定。Linux作为一种可裁减的软件平台系统，是发展未来嵌入设备产品的绝佳资源，遍布全球的众多Linux爱好者又能给予Linux开发者强大的技术支持。因此，Linux作为嵌入式系统新的选择，是非常有发展前途的。

（1）与硬件芯片的紧密结合

后PC时代的智能设备已经逐渐地模糊了硬件与软件的界限，SOC系统（System On

Chip）的发展就是这种软硬件无缝结合趋势的证明。随着处理器片内微码的发展，在将来可能出现在处理器片内嵌进操作系统的代码模块。

嵌入式Linux的一大特点是：与硬件芯片(如SOC等)的紧密结合。它不是一个纯软件的Linux系统，而比一般操作系统更加接近于硬件。嵌入式Linux的进一步发展，逐步地具备了嵌入式RTOS的一切特征：实时性及与嵌入式处理器的紧密结合。

（2）开放的源代码

嵌入式Linux的另一大特点是：代码的开放性。代码的开放性是与后PC时代的智能设备的多样性相适应的。代码的开放性主要体现在源代码可获得上，Linux代码开发就像是“集市式”开发，任意选择并按自己的意愿整合出新的产品。

对于嵌入式Linux，事实上是把BIOS层的功能实现在Linux的driver层。目前，在Linux领域，已经出现了专门为Linux操作系统定制的自由软件的BIOS代码，并在多款主板上实现此类的BIOS层功能。

（3）嵌入式Linux与硬件芯片的紧密结合

对于许多信息家电的应用来说，嵌入的性能指标是最难满足的，只有靠提高芯片的集成度与装配密度来解决。嵌入式Linux与标准Linux的一个重要区别是嵌入式Linux与硬件芯片的紧密结合。这是一个不可逾越的难点，也是嵌入式Linux技术的关键之处。嵌入式Linux和商用专用RTOS一样，需要编写BSP（Board Support

Package），这相当于编写PC的BIOS。这不仅仅是嵌入式Linux的难点，也是使用商用专用RTOS开发的难点。硬件芯片（SOC芯片或者是嵌入式处理器）的多样性也决定了代码开放的嵌入式Linux的成功。嵌入式系统的发展，必然导致软硬件无缝结合的趋势，逐渐地模糊了硬件与软件的界限，在将来可能出现SOC片内的操作系统代码模块。

随着处理器片内微码的发展，在将来应出现在处理器片内嵌进操作系统的代码模块,很显然模块将具有安全性好、健壮性强、代码执行效率高等特点。着眼于未来的嵌入式系统的发展，我们基于对嵌入式Linux技术的深入研究，对嵌入式处理器及SOC系统的深刻理解和研究；对EDA技术的深入研究；对模拟数字混合集成电路芯片的深入研究；对SOC片内进行嵌入式Linux操作系统代码的植入研究。此类的研究有可能减轻系统开发者对BSP开发的难度要求，并使得嵌入式Linux能够成为普及的

嵌入式操作系统，而大大提高嵌入式Linux的易用性，提高其开发出的高智能设备的安全性、稳定性，同时也大大提高智能设备的计算能力、处理能力。

4．2 部分嵌入式Linux产品[3][4]

嵌入式Linux 一般是按照嵌入式目标系统的要求而设计，由一个体积很小的内核及一些可以根据需要进行随意裁减的系统模块组成。一般来说整个系统所占用的空间不会超过几M 大小。目前，国外不少大学、研究机构和知名公司都加入了嵌入式Linux的开发工作，较成熟的嵌入式Linux产品不断涌现。

由美国新墨西哥理工学院开发的基于标准Linux 的嵌入式操作系统RTLinux，已成功地应用于航天飞机的空间数据采集、科学仪器测控、电影特技图像处理等领域。RTLinux开发者并没有针对实时操作系统的特性重写Linux的内核，这样做工作量会非常大，而且要保证兼容性也非常困难。为此，RTLinux提供了一个精巧的实时内核，并把标准的 Linux核心作为实时核心的一个进程同用户的实时进程一起调度，这样做的好处是对Linux的改动量最小，充分利用了Linux平台下现有的丰富的软件资源。

由嵌入式Linux行业主要厂商之一Lineo推出的Embedix，是根据嵌入式应用系统的特点重新设计的Linux发行版本。Embedix提供了超过25种的Linux系统服务，包括Web服务器等。系统需要最小8M内存，3M只读内存或闪存。Embedix基于Linux 2.2核心，并已经成功地移植到了Intel X86和PowerPC处理器系列上。

由美国网虎公司推出的XLinux，号称是世界上最小的嵌入式Linux系统，核心只有143K字节，而且还在不断减小。

致力于国产嵌入式Linux 操作系统和应用软件开发的广州博利思软件公司推出的嵌入式Linux中文操作系统POCKETIX，基于标准的Linux内核，并包括一些可以根据需要进行定制的系统模块。支持标准以太网和TCP／IP协议、支持标准的X

Window，中文支持采用国际化标准，提供桌面和窗口管理功能、带WEB浏览器和文件管理器，并支持智能拼音和五笔字型输入。可适应个人PDA、WAP 手机、机顶盒等广泛的智能信息产品。

4．3 开发嵌入式Linux的几个问题

（1）Linux的移植。如果Linux不支持选用的平台，就需要把Linux内核中与硬件平台相关的部分改写，使之支持所选用的平台。

（2）内核的裁剪。嵌入式产品的可用资源比较少，所以它的内核相对嵌入式系统来说就显得有点大，需要进行剪裁到可利用的大小。

（3）桌面系统。现代的操作系统如果没有一个友好的界面是没有说服力的。现在的台式机Linux系统使用了传统的X Window系统的模式—Client/Server结构。和硬件有关的部分即是Server端，实现一个标准的显示接口；应用程序通过对Server的服务请求，实现程序的显示。在此之上，实现窗口的管理功能。但X Window对于嵌入式系统来说显得很庞大。现在国内有MiniGUI，国外有MicroWindow，都在

致力于嵌入式Linux GUI的开发。适用于嵌入式Linux上的X Window的工作也在进行。

（4）驱动程序的开发。Linux内核更新的很快，许多最新的硬件驱动很快就被支持。但嵌入式系统应用领域是多种多样的，所选用的硬件设备也不同，并且不可能都有Linux的驱动程序，因此，设备驱动程序的开发也是重要的工作。

（5）应用软件的开发。

（6）中文的支持。

5． 结束语

目前，绝大部分嵌入式系统的硬件平台还掌握在外国公司的手中，国产的嵌入式操作系统在技术含量、兼容性、市场运作模式等方面也还有很多工作要做，我们应该在跟踪国外嵌入式操作系统的最新技术的同时，坚持自主产权，力争找到自己的突破点，探索出一条自己的发展道路。