有關嵌入式Linux操作系統的研究

李慧穎

摘要 隨著計算機技術不斷的發展，嵌入式系統技術也在不斷的發展。就目前來看，32位微處理器嵌入式系統以其獨特的優勢已經成為高端嵌入式系統研發的主流。但是這類嵌入式系統的硬件條件相對復雜。在這種情況下，為了更好的支持其運行，研究開發了許多嵌入式操作系統，以此來支持和簡化這類操作系統。嵌入式Linux操作系統的出現，憑借其獨特的優勢滿足了嵌入式系統需求，并被廣泛的應用到不同領域。

關鍵詞 嵌入式Linux；操作系統；研究

中圖分類號TP39 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）67-0194-01

基于嵌入式Linux操作系統作為近年來新的系統方案，其不僅能實現全功能桌面計算，也能支持多數嵌入式系統中的芯片，同時其不需要任何費用，這就使得其越來越受歡迎。就目前來看，基于嵌入式Linux操作系統開發和設計方案已經成為嵌入式解決最佳方案。為了使Linux操作系統更好的發揮其作用，嵌入式Linux操作系統在設計的時候，需要對bootloader、操作系統內存管理、進程管理等進行分析。如何更好的對嵌入式Linux操作系統進行研究，已經成為相關部門值得思索的事情。

1 對bootloader進行分析

Bootloader指的是硬件中的ROM或Flash中運行駐留運行的程序，其主要作用是輔助主要程序系統完成相應任務。在對嵌入式Linux進行設計的時候，是需要以硬件目標板的特征為依據對bootloader程序進行開發的。開發后使用bootloader進行初始化處理，處理的時候最好在處理器中配置一些寄存器，以方便使用控制命令打開MMU，保證初始化成果。初始化處理后還需要準備初始化硬件設備，不僅要準備初始化內存、flash ROM，還要準備中斷控制器。一般主機下的下載系統映像到硬件板上接口設備， bootloader通過用網卡驅動程序來對其硬件設備進行驅動的，以實現與客戶端程序通訊并下載重要內容；下載的硬件系統一般是由bootloader提供的，系統映像通過bootloader來實現與Shell界面制定內核映像和文件系統映像下載位置，并對目標板上內存地址主要內容進行檢測。當目標端的bootloader程序能接收到映像服務程序時，其就可以以串口的方式進行發送，也可以用以太網的形式進行發送。發送完系統映像之后，如果硬件系統允許，bootloader命令就可以將成功的映像寫進Flash ROM中，以方便對Flash進行推動。此外，bootloader也可以對已經下載的系統進行啟動，其不僅可以對RAM中或是Flash中系統進行啟動，也可以對具體地址進行啟動。

2 對內存管理進行分析

內存管理一般是指操作系統的內存管理功能，這種內存管理功能不僅能為操作系統提供一致頁面、申請提供依據，也能為地址映射功能或是釋放操作提供給依據。畢竟每一個嵌入式應用程序的完成是通過操作系統來完成的。嵌入式系統在保護自身內存空間的時候，是需要嵌入式系統程序員來對編程進行操作的，以保證不越界及自身安全。一些嵌入式處理器可以提供MMU，并具有內存地址映射和尋址功能，方便對內存進行管理。也有些嵌入式系統不存在MMU，但其以虛擬地址的方式對其物理地址進行轉換，應用程序只要用虛擬地址尋找相應數據，就能實現內存管理。但是值得注意的是，使用這種虛擬內存方式，就必須有MMU。這種虛擬方式的最大優勢就是能在不同結構體系下使用三級或是兩級頁式管理。來實現地址轉換。但是在實時性要求較高情況下，其不能更好的發揮其虛擬內存的作用。在這種情況下，可以對Linux內存管理部分進行設計和修改，以實現物理地址轉換。

3 對任務調度進行分析

任務調度管理是能實現多種任務調度的。在對嵌入式Linux系統進行設計的時候，只需要用自身調度方法就能實現任務調度。其在實際操作過程中，主要是以進程或線程方式來實現的，正常情況下，操作系統的調度方式是不能被改變的。然而任務作為操作系統的核心，就不得不對供給方式進行適度的調節。一般Linux使用的調度法是不能搶占的分時度算法，而嵌入式Linux不僅具有一般Linux的功能，同時也可以將任務進行分類型描述，并分別使用不同任務進行調度。為了保證任務調度順利進行，可以以增加策略標志的形式來分任務類型和調度算法，來實現新的Linux任務調度算法。但這種調度方法是需要考慮其中斷處理和進倉搶占方法的。對于外部中斷來說，其對系統實時性能是有一定影響的。一旦操作系統中的一小部分需要在關閉中斷情況下運行，勢必會延遲中斷。為了保證運行質量，可以采用雙內核模式進行調度，以避免延遲中斷；Linux作為一般操作系統，其在實際應用過程中，其吞吐量是比較重要的，尤其是在單處理模式下，其搶占調度法是需要多種操作來完成臨界區保護的，在操作過程中很可能產生額外開銷，甚至嚴重影響吞吐量。在這種情況下，可以以任務優先級為依據，用實時任務搶占優先級任務，以獲得實時性能，避免進程搶占。

4 結論

操作系統作為嵌入式系統核心，操作系統安全與否將直接影響網絡通信及軟件的安全。為了保證嵌入式系統安全運行，有必要對操作系統進行相應研究，特別是對近幾年來應用比較廣的嵌入式Linux操作系統進行研究。Linux內核具有高效穩定、易于制定、網路通信和文件管理機制完善等優勢，但是其在實際應用過程中，也會出現一些問題。為了更好的發揮嵌入式操作系統優勢，還需要從實際出發對系統進行改善。

參考文獻

[1]鞠劍平，冉全.黎曦嵌入式Linux在S3C2440上的移植[J].科技資訊，2010(18).

[2]林繼民，吳怡.林蕭基于Linux嵌入式系統開發平臺的構建及應用[J].現代電子技術，2010(18).

[3]劉航，劉全，凌俊銀.一種基于嵌入式Linux操作系統通信管理機的設計與實現[J].電力系統保護與控制，2009，37(1).

[4]權義寧，胡予濮.改進的操作系統訪問控制模型[J].西安電子科技大學學報，2006(4).