在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用Linux深入探究
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有些設(shè)計(jì)者不能夠準(zhǔn)確地分析出系統(tǒng)真正實(shí)時(shí)需求，很多情況下對(duì)實(shí)時(shí)的需求在1－5毫秒內(nèi)響應(yīng)就可以；大部分情況下，軟實(shí)時(shí)響應(yīng)足以滿足要求：WINDOWSS的 98Crashed_Yet在98％的時(shí)間內(nèi)可以在4每秒內(nèi)響應(yīng)，如果時(shí)間是20秒，則總會(huì)響應(yīng)。那些軟實(shí)時(shí)性容易滿足。需要考慮的因素包括：上下文轉(zhuǎn)換時(shí)間、中斷延遲、任務(wù)的優(yōu)先級(jí)和任務(wù)調(diào)度方式。上下文轉(zhuǎn)換時(shí)間曾經(jīng)是實(shí)時(shí)性分析的重點(diǎn)，但是因?yàn)镃PU速度大幅度提高，它不再是關(guān)鍵問(wèn)題。
現(xiàn)在,嚴(yán)格要求的實(shí)時(shí)性任務(wù)的決定因素是中斷例程本身和內(nèi)核中的其他驅(qū)動(dòng)程序有關(guān)；而響應(yīng)延遲時(shí)間主要受中斷的優(yōu)先級(jí)和其他進(jìn)程會(huì)暫時(shí)地關(guān)閉中斷響應(yīng)的影響。因此管理和驅(qū)動(dòng)中斷的機(jī)制必須保證實(shí)時(shí)要求。
對(duì)于Intelx86處理器，實(shí)時(shí)擴(kuò)充可以在Linux系統(tǒng)中很容易進(jìn)行，RT-Linux就是很好的例子（見(jiàn) http://www.rtlinux.org/）。它主要是把Linux的任務(wù)作為自己的一個(gè)任務(wù)，因此實(shí)時(shí)性要求很高的任務(wù)不受非實(shí)時(shí)的 Linux的干擾，可以得到滿足。另外還提供了實(shí)時(shí)任務(wù)和Linux的基本核心和其他任務(wù)間的接口，這些接口是不需要很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。這種架構(gòu)為其他的嵌入式系統(tǒng)提供了一個(gè)參考。關(guān)鍵因素就是實(shí)時(shí)性的代碼和非實(shí)時(shí)代碼分開(kāi)設(shè)計(jì)，而且實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的處理方式和其他程序的處理方式差不多。
3．適合嵌入式系統(tǒng)的Linux
有一種觀點(diǎn)認(rèn)為：用戶不必直接干預(yù)機(jī)器的運(yùn)行，即沒(méi)有用戶接口的應(yīng)用系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)。其他的比如電梯控制系統(tǒng)應(yīng)該是嵌入式系統(tǒng)，但是它需要人為控制。連接網(wǎng)絡(luò)需要監(jiān)視和控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行的系統(tǒng)，仍然是嵌入式系統(tǒng)；因此應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的主要目的和功能來(lái)判定是否是嵌入式系統(tǒng)。
最小的嵌入式Linux系統(tǒng)必須包括以下主要的要素：
1．啟動(dòng)程序；
2．融合了內(nèi)存管理、進(jìn)程管理和時(shí)間分批服務(wù)的核心；
3．初始化程序。
為了達(dá)到要求，而且為了保持最小系統(tǒng)，需要添加以下要素：
硬件的驅(qū)動(dòng)程序；
必須的應(yīng)用程序。
根據(jù)其他需要，你可能增加以下功能：
1．文件管理系統(tǒng)（在ROM或RAM中）；
2．TCP/IP通訊協(xié)議；
3．磁盤(pán)。
4．選擇合適的硬件平臺(tái)選擇硬件平臺(tái)是一件很麻煩的事，受很多因素影響，比如公司的指導(dǎo)原則、個(gè)人偏見(jiàn)、過(guò)去產(chǎn)品的影響和消息不靈通等。費(fèi)用是考慮的主要因素。提醒你考慮價(jià)格時(shí)不要只注意CPU的價(jià)錢(qián)，要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行考慮。但是如果你是系統(tǒng)設(shè)計(jì)師，你必須把軟件的實(shí)時(shí)性和硬件結(jié)合起來(lái)考慮。首先考慮需要多快的CPU，然后把選擇三倍化的結(jié)果；因?yàn)樵趯?shí)際中應(yīng)用程序會(huì)使用一些cache(緩沖)，所以理論上速度很快的CPU的實(shí)際速度會(huì)降低。其次考慮選擇多快的BUS（總線）；如果可以包括其他的總線，比如PCI，就加上它。因?yàn)橛袝r(shí)即使使用DMA方式傳輸，也會(huì)使快速CPU變得象蝸牛一般。選用集成外設(shè)的CPU比較好，而且還可選用現(xiàn)成的外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序，大大減少調(diào)試工作，實(shí)際上有些芯片集成的功能并不是我們所需要的，所以也不要認(rèn)為凡是集成的都是好東西。
5．壓縮制作Linux系統(tǒng)對(duì)Linux的通常感覺(jué)是大，似乎不適合于嵌入式系統(tǒng)。事實(shí)并非如此。因?yàn)榈湫偷陌l(fā)行Linux集成了很多桌面PC機(jī)需要而嵌入式系統(tǒng)并不需要的功能。首先，我們可以把核心（kernel）從其他任務(wù)中分離出來(lái)。標(biāo)準(zhǔn)的 Linux核心總是貯留在內(nèi)存中；當(dāng)需要應(yīng)用程序時(shí)，它把需要的程序從磁盤(pán)調(diào)入內(nèi)存運(yùn)行。程序運(yùn)行完畢，內(nèi)存清空，卸載程序。在嵌入式系統(tǒng)中，經(jīng)常沒(méi)有磁盤(pán)。目前有兩種辦法來(lái)處理沒(méi)有磁盤(pán)的情況。對(duì)于比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，核心（kernel）和應(yīng)用程序同時(shí)貯留在內(nèi)存，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，就啟動(dòng)應(yīng)用程序。這種方式和以前的嵌入式系統(tǒng)一樣工作。Linux系統(tǒng)也支持這種方式。第二種方式是，考慮到Linux有l(wèi)oad（裝載）和 unload（卸載）程序的能力，嵌入式系統(tǒng)也可以使用這一特點(diǎn)，來(lái)節(jié)約內(nèi)存。假如有一個(gè)典型的嵌入式系統(tǒng)：包括8到16M的 FlashMemory和8到16M的RAM；可以在FlashMemory上建立文件系統(tǒng)，使用Flash的驅(qū)動(dòng)程序來(lái)驅(qū)動(dòng) FlashMemory上文件系統(tǒng)工作。另外，也可以使用FlashDidsk，其中有一個(gè)例子是M－system的 DiskOnChip，它可以支持達(dá)160M的FlashDisk。把使用的應(yīng)用程序文件存放在Flash文件系統(tǒng)上，根據(jù)需要調(diào)入程序。 linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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