嵌入式Linux系統(tǒng)在ARM處理器中關鍵技術分析

謝輝

福建省閩北職業(yè)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(tǒng)是以應用為核心、以計算機為基礎的多功能系統(tǒng)，可以實現(xiàn)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(tǒng)的核心組件，是實現(xiàn)控制、輔助系統(tǒng)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(tǒng)的性能。目前嵌入式處理器的種類很多、數(shù)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(tǒng)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(xiàn)對其他設備的控制、監(jiān)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(tǒng)軟件（實現(xiàn)實時與多任務操作的操作系統(tǒng)的軟件）和相關的應用程序軟件。

2 嵌入式Linux系統(tǒng)在ARM處理器中應用的優(yōu)勢

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

(1)嵌入式Linux系統(tǒng)的具有較強的穩(wěn)定性。Linux操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要是取決于系統(tǒng)的整體設計結構，在現(xiàn)在的嵌入式Linux操作系統(tǒng)中他充分的吸取了UNIX操作系統(tǒng)的經驗，最大化的提現(xiàn)了操作系統(tǒng)設計的現(xiàn)代理念，能夠有效的保證對所有的漏洞都能及時的發(fā)現(xiàn)更正，從而大大地增加了系統(tǒng)的穩(wěn)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(tǒng)是一款免費的操作系統(tǒng)，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(fā)揮自我的想象，不斷的對嵌入式Linux系統(tǒng)進行完善發(fā)展。

(3)嵌入式Linux系統(tǒng)可以支持多種主流平臺?，F(xiàn)在的嵌入式Linux系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的性能。

3 嵌入式Linux系統(tǒng)在ARM處理器中應用關鍵技術

隨著科技的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經成為了當今最為熱門的一個領域之一，它的迅猛發(fā)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(tǒng)其應用的更加廣泛，主要來說嵌入式Linux系統(tǒng)在ARM處理器中關鍵技術環(huán)節(jié)分為以下幾個方面:

(1)Bootloader移植技術

在嵌入式系統(tǒng)之中，操作系統(tǒng)的內核是不能直接運行的，我們必須要在操作系統(tǒng)前先運行一段程序，也就是當系統(tǒng)復位后，嵌入系統(tǒng)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(tǒng)裝備中的硬軟件都聯(lián)系起來，使之處于一個合適的運行態(tài)勢之中，從而為操作系統(tǒng)的運行做好準備。

(2)編譯內核技術

我們經常用到的 Linux系統(tǒng)是一個單內核的系統(tǒng)，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(yōu)勢；同時，Linux系統(tǒng)也吸取了微內核的特點，在系統(tǒng)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(tǒng)能夠支持內核線程，使其具有微內核系統(tǒng)的優(yōu)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(tǒng)的ARM處理器中，我們廣大的用戶可以依據(jù)Linux系統(tǒng)的模塊化設計優(yōu)勢來根據(jù)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(tǒng)在處理器設置中的總體能耗。

(3)構建根文件系統(tǒng)技術

根文件系統(tǒng)是嵌入式Linux系統(tǒng)在啟動的時候必須要掛載的文件系統(tǒng)，它與普通的文件相比其最大的區(qū)別就是它包含了Linux系統(tǒng)在啟動時所必須的目錄及關鍵性的文件內容，比如，Linux系統(tǒng)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(qū)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(tǒng)啟動所需要的文件都可以成為根文件系統(tǒng)的。

(4)驅動程序開發(fā)技術

從嵌入式系統(tǒng)的邏輯結構上來看，驅動程序的功能主要表現(xiàn)為三個方面，一是驅動程序處于嵌入式系統(tǒng)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(xiàn)對底層硬件的安全訪問提高系統(tǒng)的安全性和訪問效率，實現(xiàn)驅動系統(tǒng)在內核的狀態(tài)下就可以直接的對硬件進行操作；三是驅動程序文件節(jié)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(tài)之下，而要想實現(xiàn)用戶訪問就必須要處于用戶狀態(tài)之下，沒有直接訪問的硬件設備。在嵌入式Linux系統(tǒng)之中，驅動程序是整個操作系統(tǒng)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(tǒng)的重要性，所以要加強嵌入式Linux系統(tǒng)在 ARM 處理器中的應用就必須要加強驅動程序技術的發(fā)展，為嵌入式Linux系統(tǒng)提供良好的運行環(huán)境。

4 結語

隨著人們對嵌入式系統(tǒng)的應用范圍越來越廣泛，嵌入式軟件的開發(fā)也開始不斷的發(fā)展，針對不同的應用環(huán)境，嵌入式系統(tǒng)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(tǒng)在ARM處理器中的應用情況，了解嵌入式Linux系統(tǒng)在ARM平臺上的主要移植過程，從而為嵌入式系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展做了充足的準備，在今后的實際中研發(fā)科研人員要根據(jù)實際的要求及人們的要求，進一步的發(fā)展嵌入式系統(tǒng)，不斷的完善嵌入式系統(tǒng)的構造，從而在社會的各個領域都發(fā)揮重要的作用。

[1]李祥.嵌入式遠程糧倉溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊),2013,12:270-271.

[2]武苗苗,郭雯雯.嵌入式 Linux操作系統(tǒng)通信管理機的設計研究[J].電子技術與軟件工程,2013,20:62.

[3]陳怡,李艷.ARM背景下嵌入式Linux網絡數(shù)據(jù)傳輸性能分析[J].電子技術與軟件工程,2013,20:17.