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Linux在嵌入式系统应用中的探究

发表于1月前 | 作者: blog | 分类: 嵌入式工控机 | 破蛋日:2019年12月24日 |

用于嵌入式控制设备领域的历史和计算机本身的历史一样久远。最初的用于控制机电式电话交换器的通讯设备中“固态控制程序”就是嵌入式程序。“计算机系统”在当时并不普遍;所以固态程序存放在内存中控制相应的设备。在那种时代,运行控制程序是很先进的思想,而且当时也只能如此而已。

那时的计算机是专为特定的用户设计,特殊的应用程序指令、I/O设备和主要的计算设备集成在一起。微处理器的产生改变了这种局面,价格低廉、结构小巧的CPU和外设连接在总线上形成了比较大的系统。这种硬件架构很稳定,于是在这个基础上,这建立起了通用的软件开发环境和编程模式,且简化了编程,。

不过很多的嵌入式系统还没有使用操作系统,它们仅仅包含一些控制流程而已。在嵌入式系统相对简单的情况下,这些控制流足以应付。但是,当嵌入式系统的功能复杂后,简单控制逻辑就不够用了,这时你必须使用操作系统。如果不使用操作系统将会使得控制系统逻辑结构复杂混乱,很容易出错。再者,有些嵌入式系统需要接入网络系统,比如宾馆的门锁控制已经需要接入网络,因此就更需要嵌入式的操作系统来支持应用软件。

除了商业化的操作系统外,还有其他的有版权要求的非商业化嵌入式操作系统可以使用。然而今天的Linux系统有着嵌入式操作系统需要的很多特色、突出的优势:适应于多种CPU和多种硬件平台,性能稳定,裁剪性很好,开发和使用都很容易。因此,我们决定在嵌入式系统中使用Linux操作系统。

原来开发嵌入式系统的关键是需要一套好用的开发和调试工具;而且在开发所不同阶段还需要不同的工具。就比如工匠,只有好的工具才能够使工作完成得又好又快。

传统的开发调试工具就是ICE-在线仿真器;它取代目标板的微处理器,给目标程序提供仿真环境,同时可以连接监视器;允许开发者调试和监视程序的运行。尽管这种运行方式会引起一些奇怪的问题,但是它总能够让你明了程序在目标板的工作状态,免除了对底层的软硬件接口的猜测。但是,这种设备价格非常贵。

过去,甚至在整个开发期内,开发嵌入式系统主要依靠这些调试工具。 可是,我们发现,一旦软硬件能够正常支持串口的运行时,我们可以使用其他的调试办法。现代的嵌入式系统采用相当成熟的微处理器。因此很容易使得串口工作。串口连接成功,可以进行很多的开发调试。所以我们不用ICE也可以很好地开始开发和调试工作了,同时还降低开发费用。

Linux利用GNU项目的C编译器来编译程序,使用gdb源程序级调试器来调试程序。它们提供了合适的手段来使你能够开发嵌入式的Linux系统。为了开发基于Linux的嵌入式系统,可以按以下方法进行:

向串口输出提示字符串,例如“hello word ”或“Waston, come here I need you!”等, 然后通过串口,指挥gdb 开始工作。以这种方式和另外一台运行gdb程序的Linux主机系统“交谈”,通过串口,你可以很方便地让gdb调试目标程序。通过串口和gdb通讯,可以进行C源程序级的调试。甚至你还可以以串口把其他的程序下装到RAM或flash存储器。通过串口,使用gdb可以使得软硬件的初始化代码继续运行到核心全部启动。

一旦核心在运行了,你就可以使用其他的更好的调试工具,象Kgdb等,如果连接了网络,你也可以让网络工作起来。同时你就可以用GUI的xgdb来调试应用程序。

细细分析起来,大多数系统并不需要严格的实时性。而嵌入式系统也经常被误解为就是实时性系统。其实,多数嵌入式系统并不需要实时性,而且实时性本身是个相对的概念绝对的实时性是指对需要的服务以限定的方式和在限定时间内提供,比如在微秒级内响应。 这种硬实时性功能只是针对特殊的设备而言 ,例如数字信号处理等。而这些要求使用特殊的硬件 如FIFO、DMA和其他特殊设计的硬件 也可以满足 。

现在,严格要求的实时性任务的决定因素是中断例程本身和内核中的其他驱动程序有关;而响应延 迟时间主要受中断的优先级和其他进程会暂时地关闭中断响应的影响。因此管理和驱动中断的机制必须 保证实时要求。

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