基于ARM9的嵌入式Linux應用開發平臺的分析與實現

陳 斌

（鐵嶺師范高等專科學校 遼寧鐵嶺 112008）

基于ARM9的嵌入式Linux應用開發平臺的分析與實現

陳 斌

（鐵嶺師范高等專科學校 遼寧鐵嶺 112008）

隨著經濟的迅速發展以及科學技術水平的不斷提高，IT行業取得了較大程度上的進步，為我國國民經濟的發展以及人民生活水平的提高做出重要貢獻。尤其是近幾年來，信息技術、網絡技術飛速發展，IT領域不斷發展與升級，在這種環境之下，嵌入式系統成為IT領域的重要焦點之一。目前狀況下，行業內存在著諸多的嵌入式系統，而在這些嵌入式系統當中，Linux最為受到青睞，這主要是因為Linux具有自身的強大優勢，主要表現在三個方面，分別是元代碼開放、功能強大一級級易于移植等。就目前市場狀況而言，ARM9系列的嵌入式微處理器已經成為嵌入式系統首選的處理器產品，本文就在此基礎之上針對基于ARM9的嵌入式Linux應用開發平臺的分析與實現進行有益探討。

嵌入式系統；ARM9；Linux應用開發平臺；文件系統

一、嵌入式系統

1.嵌入式系統模型

圖1顯示的主要是嵌入式系統的模型結構：

如果從物理層面的角度對其進行一定程度上的分析，可以將嵌入式計算系統理解成一個專用的電子系統，一般情況下，這一專用的電子系統都處于一個非電子系統環境之下，且這一系統環境具有一定的復雜性。至于這兩種系統的關系，可以對其進行一定程度的抽象化處理，即具有復雜性的非電子系統是嵌入式系統的外部環境，我們將其稱為被嵌入的系統。就一般狀況而言，整個系統之中所包含的嵌入式系統為多個，同時，嵌入式系統能夠與外界進行直接的通信。

對于嵌入式系統而言，它能夠提供一個專門的服務給被嵌入系統，這一服務主要表現為兩個方面：一方面，這一服務可以表現為對外界輸入的響應；另一方面，這一服務也可以是對被嵌入系統或者與之相鄰的嵌入式系統數據的響應。就如現代機電控制系統，對于這一系統而言，它是一種分布式的系統，在這種系統環境之下，各個處理單元都是通過網絡進行一定程度上的連接的。圖2顯示的主要是基于網絡的嵌入式系統結構：

圖2：基于網絡的嵌入式系統結構

圖3：基于ARM9的嵌入式Linux應用開發平臺的硬件體系結構

2.嵌入式系統的可重構功能

對于嵌入式系統而言，其中央處理單元一般都是對精簡指令集計算技術進行一定程度上的采用，通過對專用芯片方法以及微處理機方法進行一定程度上的對比分析，人們更希望探索出一套針對性較強且行之有效的新路線與新方法，使其兼備專用芯片方法以及微處理機方法的優點，即既能夠表現出專用芯片的高性能、高速度以及高可靠性，同時又具備微處理機的強大編成功能。

對于可重構而言，它主要指的是在軟件控制的環境之下，通過對可重用資源進行一定程度上的利用，并由此來對計算平臺進行有效的重構與重組，這樣一來，就能夠對各種不同的需求進行有效的實現。可重用資源在可重構之中有著基礎性的地位與作用，較早的可重構計算系統采用的主要是重組的方式，在這一系統環境之下，重用資源主要擔當的是功能部件的角色；但是，當FPGA出現之后，重用資源的身份發生了一定程度上的改變，重用資源由原先的功能部件變成最為基本的門和線，通過對文件進行一定程度上的配置，就可以對每個門的性質以及線的連接進行有效的定義，由此來實現對于硬件功能的改變。從廣義的范圍來看，這種功能包含了硬件軟件的可重構。而對于嵌入式系統而言，它具有可重構功能，除此之外，其硬軟件又具有一定程度的可剪裁特點，這樣一來，就為網絡數字控制技術與系統的設計與實現提供了便利。

二、嵌入式操作系統

一般情況下，對于操作系統而言，起作用主要表現在兩個方面：一方面，操作系統能夠對相關的硬件資源進行一定程度上的管理；另一方面，操作系統還負責對程序的運行進行有效的控制。在嵌入式系統之中，嵌入式操作系統是其中一個不可或缺的部分，對于嵌入式操作系統而言，它不僅包含有通用操作系統所具備的一般功能，同時還具備自身的特點，主要表現為系統實時性強、硬件依賴性強、應用專用性強等。如果將嵌入式操作系統的應用場合作為分類標準，主要可以將其分為兩類，分別是實時操作系統以及非實時操作系統，具有代表性與典型性的實時性操作系統主要有WindRiver公司的Vxwork，而常見的非實時性操作系統主要有Linux、windows CE等。

本文重點介紹Linux操作系統，Linux操作系統的特點主要表現在三個方面。首先這一操作系統是基于內核之上的；其次，Linux操作系統采用的是一種完全內存保護方式；除此之外，它還具有多任務多進程的特點。目前狀況下，絕大部分的嵌入式系統都會選擇Linux作為其操作系統，究其原因，主要表現在如下幾個方面：①對于Linux操作系統而言，它具有十分便捷的可裁剪性，正是因為如此，用戶在使用Linux操作系統的過程之中，可以根據自身的需求對Linux內核行為以及特征進行有效的定制；②Linux操作系統具有很強的適應性，它能夠在多種硬件平臺之中進行有效的應用。除此之外，對于Linux操作系統而言，可以首先在標準平臺之上對其進行一定程度上的開發，然后再將之向具體的硬件上進行移植，這樣一來，軟件與硬件的開發效率就能夠得到有效的提高；③Linux操作系統的配置性較強，可以隨意對其進行相應的配置，并不需要許可證等；④運用Linux操作系統能夠大大的減少開發成本，這主要是因為Linux操作系統的源代碼是可以免費獲取的，Linux操作系統的這一特點使其成為最受開發商青睞的操作系統；⑤一般情況下，對于很多操作系統而言，在開發與運用的過程之中需要相應的外掛TCP/IP協議包，不同于這些操作系統，Linux的微內核能夠對網絡支持進行直接提供。

三、基于ARM9的嵌入式Linux應用開發平臺

1.硬件體系結構

基于ARM9的嵌入式Linux應用開發平臺的硬件體系結構主要包含了如下模塊：

①顯示及輸入裝置：通過對顯示及輸入裝置進行一定程度上的使用，能夠對現場人機交互、輸入操作命令、手搖脈沖輸入、加工狀態顯示等功能進行有效的實現。

②嵌入式數控單元：嵌入式數控單元在整個數控系統之中有著十分重要的地位與作用，因為它是整個數控系統的中央控制單元，能夠對如下功能進行有效實現：顯示裝置與輸入裝置的連接、完成人機交互、編輯并獲取相關的加工代碼等。

③嵌入式PLC：這一部分的主要作用是對數控系統的邏輯控制進行有效實現。這一模塊通過異步串行總線與中央數控單元進行一定程度上的連接，并對MODBUS協議進行運用，并由此來接受控制命令。

④以太網。對于以太網而言，它在系統之中的主要作用是對同車間網、企業網乃至是互聯網進行有效連接。通過對以太網接口進行一定程度上的使用，可以進行加工程序的傳送、遠程操作、狀態監控和故障診斷等。

2.軟件體系結構

基于ARM9的嵌入式Linux應用開發平臺的硬件體系結構見圖3所示：

①組態軟件模塊：之所以要對這一模塊進行一定程度上的設計，主要是為了滿足一些特定的功能。在這設計的過程之中，對標準接口以及約束開發的通用性設計進行了參考。主要包含如下幾個模塊：加工代碼編譯模塊、插補計算模塊、人／機交互模塊、運動控制模塊等。

②輔助設計系統：對于輔助設計系統而言，其主要作用是數控單元、PLC單元和伺服控制單元軟件、代碼的輔助開發以及代碼的自動生成。

③控制仿真系統：控制仿真系統能夠提供一個仿真環境，即通過將嵌入式硬件嵌入到軟件仿真環境或軟、硬件仿真混合環境進行一定程度上的仿真。

四、結束語

本文主要針對基于ARM9的嵌入式Linux應用開發平臺的分析與實現。首先從嵌入式操作系統的模型以及嵌入式系統的可重構功能兩個方面闡述了嵌入式操作系統，然后在這一基礎之上介紹了嵌入式操作系統，并重點對Linux操作系統進行了重點分析，指出Linux操作系統是當前狀況下應用最為廣泛的操作系統，并給出了五個方面的原因。最后文章從系統平臺的軟件模塊設計與硬件模塊設計兩個方面探討了基于ARM9的嵌入式Linux應用開發平臺。希望我們的研究能夠給讀者提供參考并帶來幫助。

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[5]華清遠見嵌入式培訓中心.嵌入式Linux C語言應用程序設計[J].北京:人民郵電出版社, 2007.

Analysis and realization of embedded Linux application development platform based on ARM9

Chen Bin

(Tieling Normal College, Tieling Liaoning, 112008, China)

With the rapid development of economy and the improvement of science and technology, IT industry has made greatly progress, make an important contribution to the development of our national economy and improvement of people's living. Especially in recent years, the rapid development of information technology and network technology, IT has been developing and upgrading, and in these circumstances, the embedded system becomes one of the important focuses in the field of IT. Under the current situation, there are many embedded systems in the industry, but in the embedded system, Linux is the most popular, this is mainly because the Linux has its own advantages, mainly in three aspects, which are element code open, powerful level is easy to transplant. On the current market conditions, the embedded microprocessor of ARM9 series has become the preferred processor embedded system, this paper is based on the analysis of embedded Linux application development platform and implementation of ARM9 based on the beneficial discussion.

embedded system; ARM9; Linux application development platform; file system

TN711

A

1000-9795（2014）05-0001-02

［責任編輯：董 維］

2014-03-10

陳 斌（1970-），男，遼寧開原人，副教授，從事計算機網絡與應用方向的研究。