嵌入式Linux系統在ARM處理器中關鍵技術分析

謝輝

福建省閩北職業技術學院 (南平 353011)

1 嵌入式處理器的概念與構成

嵌入式系統是以應用為核心、以計算機為基礎的多功能系統，可以實現對硬軟件兩方面的裁剪，更好的適應實際中對功能、可靠性、功耗及成本等多方面的要求。嵌入式處理器是嵌入式系統的核心組件，是實現控制、輔助系統運行的重要硬件單元，它的功能和性能會影響到整個嵌入式系統的性能。目前嵌入式處理器的種類很多、數量也很龐大，比較典型的有ARM、MIPS、MC6800、386EX等，其中ARM的應用是最廣泛的。其組成主要包括以下接個方面：

嵌入式系統一般是有一個核心處理芯片構成，其組成主要是由硬件和軟件兩個部分組成的，用于實現對其他設備的控制、監視和管理等方面的功能，其硬件主要包括了微處理器、存儲器、外部設備以及控制端口和圖像處理器等設備裝置，其軟件主要包括 OS系統軟件（實現實時與多任務操作的操作系統的軟件）和相關的應用程序軟件。

2 嵌入式Linux系統在ARM處理器中應用的優勢

一般來講嵌入式系統主要是應用在特定的環境之中，執行專業領域的工作要求，因此普通的計算機系統一般不能夠適應嵌入式系統對多樣性和適用性的要求，必須要使用專門的計算機系統來加強整體系統的處理能力，嵌入式Linux系統作為主要的應用系統之一，其在ARM處理器中應用優勢主要表現為以下幾個方面：

(1)嵌入式Linux系統的具有較強的穩定性。Linux操作系統的穩定性主要是取決于系統的整體設計結構，在現在的嵌入式Linux操作系統中他充分的吸取了UNIX操作系統的經驗，最大化的提現了操作系統設計的現代理念，能夠有效的保證對所有的漏洞都能及時的發現更正，從而大大地增加了系統的穩定性。

(2)嵌入式Linux是完全免費的操作平臺。目前我們使用的Linux系統是一款免費的操作系統，用戶通過網絡或者是其他的途徑都可以免費的獲得，并且可以進行源代碼的修改，這樣就可以使程序員充分發揮自我的想象，不斷的對嵌入式Linux系統進行完善發展。

(3)嵌入式Linux系統可以支持多種主流平臺。現在的嵌入式Linux系統在多種硬件平臺之上都是可以運行的，尤其是在ARM處理器之上，這種系統可以運行在不同的實體中，同時也可以支出多種處理及多個處理同時工作的功能，這樣就可以大大的提高系統的性能。

3 嵌入式Linux系統在ARM處理器中應用關鍵技術

隨著科技的發展，嵌入式系統已經成為了當今最為熱門的一個領域之一，它的迅猛發展受到了社會各界人士的廣泛關注，其應用已經滲透到了社會生活的方方面面。目前嵌入式的處理器已經占到分散式處理器市場的90%之多，尤其是嵌入式Linux系統其應用的更加廣泛，主要來說嵌入式Linux系統在ARM處理器中關鍵技術環節分為以下幾個方面:

(1)Bootloader移植技術

在嵌入式系統之中，操作系統的內核是不能直接運行的，我們必須要在操作系統前先運行一段程序，也就是當系統復位后，嵌入系統中的處理器就會從處理器的制造商預先安排的地址上獲取指令，這個存放地址的代碼就是Bootloader，這個程序就是Bootloader移植技術，它和PC機中的BIOS程序相似，通過應用這一段程序就可以很好的完成硬件設備的初始化，同時還建立起一個內存空間的映射圖，這樣就可以把系統裝備中的硬軟件都聯系起來，使之處于一個合適的運行態勢之中，從而為操作系統的運行做好準備。

(2)編譯內核技術

我們經常用到的 Linux系統是一個單內核的系統，他一般在單獨的內核地址空間之中運行，具有著簡單易操作、性能比高這樣的優勢；同時，Linux系統也吸取了微內核的特點，在系統中引入了獨特的模塊化設計及搶占式的內核，以保證新的系統能夠支持內核線程，使其具有微內核系統的優點，從而有效的避免微內核性能損失這一缺陷問題。

在使用嵌入式的Linux系統的ARM處理器中，我們廣大的用戶可以依據Linux系統的模塊化設計優勢來根據具體的實際要求編譯滿足自我要求的最精簡的操作內核，這樣就可以大大的降低嵌入式系統在處理器設置中的總體能耗。

(3)構建根文件系統技術

根文件系統是嵌入式Linux系統在啟動的時候必須要掛載的文件系統，它與普通的文件相比其最大的區別就是它包含了Linux系統在啟動時所必須的目錄及關鍵性的文件內容，比如，Linux系統在啟動的時候可能必須要需要init目錄下的有關文件，那么這時Linux在掛載分區的時候就一定要找到/etc/fstab這個掛載文件，任何的包括這些Linux系統啟動所需要的文件都可以成為根文件系統的。

(4)驅動程序開發技術

從嵌入式系統的邏輯結構上來看，驅動程序的功能主要表現為三個方面，一是驅動程序處于嵌入式系統邏輯結構的中間層，這一層的作用就是至于硬軟件層之間粘合軟件與硬件，這樣就可以大大的提高軟件的可移植性和可復用性；二是可以通過驅動程序使應用程序實現對底層硬件的安全訪問提高系統的安全性和訪問效率，實現驅動系統在內核的狀態下就可以直接的對硬件進行操作；三是驅動程序文件節點可以有效的控制訪問權限，這主要是因為驅動程序一般是處于運行中的內核狀態之下，而要想實現用戶訪問就必須要處于用戶狀態之下，沒有直接訪問的硬件設備。在嵌入式Linux系統之中，驅動程序是整個操作系統的關鍵組成部分，它在內核源程序中占有較大的比重，大約占到了總體積的60%左右，這足以看出驅動程序對于嵌入式Linux系統的重要性，所以要加強嵌入式Linux系統在 ARM 處理器中的應用就必須要加強驅動程序技術的發展，為嵌入式Linux系統提供良好的運行環境。

4 結語

隨著人們對嵌入式系統的應用范圍越來越廣泛，嵌入式軟件的開發也開始不斷的發展，針對不同的應用環境，嵌入式系統必須進行不斷的移植和構建，這是每一個程序員工都應該掌握的基本功能，上文我們介紹了嵌入式Linux系統在ARM處理器中的應用情況，了解嵌入式Linux系統在ARM平臺上的主要移植過程，從而為嵌入式系統的持續發展做了充足的準備，在今后的實際中研發科研人員要根據實際的要求及人們的要求，進一步的發展嵌入式系統，不斷的完善嵌入式系統的構造，從而在社會的各個領域都發揮重要的作用。

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