謝輝

福建省閩北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 (南平 353011)

1 嵌入式處理器的概念與構(gòu)成

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為核心、以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的多功能系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)硬軟件兩方面的裁剪，更好的適應(yīng)實(shí)際中對(duì)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(shí)現(xiàn)控制、輔助系統(tǒng)運(yùn)行的重要硬件單元，它的功能和性能會(huì)影響到整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的性能。目前嵌入式處理器的種類(lèi)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(yīng)用是最廣泛的。其組成主要包括以下接個(gè)方面：

嵌入式系統(tǒng)一般是有一個(gè)核心處理芯片構(gòu)成，其組成主要是由硬件和軟件兩個(gè)部分組成的，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)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(chǔ)器、外部設(shè)備以及控制端口和圖像處理器等設(shè)備裝置，其軟件主要包括 OS系統(tǒng)軟件（實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)與多任務(wù)操作的操作系統(tǒng)的軟件）和相關(guān)的應(yīng)用程序軟件。

2 嵌入式Linux系統(tǒng)在ARM處理器中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

一般來(lái)講嵌入式系統(tǒng)主要是應(yīng)用在特定的環(huán)境之中，執(zhí)行專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的工作要求，因此普通的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般不能夠適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)對(duì)多樣性和適用性的要求，必須要使用專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)加強(qiáng)整體系統(tǒng)的處理能力，嵌入式Linux系統(tǒng)作為主要的應(yīng)用系統(tǒng)之一，其在ARM處理器中應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

(1)嵌入式Linux系統(tǒng)的具有較強(qiáng)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(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，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(jīng)驗(yàn)，最大化的提現(xiàn)了操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的現(xiàn)代理念，能夠有效的保證對(duì)所有的漏洞都能及時(shí)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(fèi)的操作平臺(tái)。目前我們使用的Linux系統(tǒng)是一款免費(fèi)的操作系統(tǒng)，用戶(hù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或者是其他的途徑都可以免費(fèi)的獲得，并且可以進(jìn)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(duì)嵌入式Linux系統(tǒng)進(jìn)行完善發(fā)展。

(3)嵌入式Linux系統(tǒng)可以支持多種主流平臺(tái)?，F(xiàn)在的嵌入式Linux系統(tǒng)在多種硬件平臺(tái)之上都是可以運(yùn)行的，尤其是在ARM處理器之上，這種系統(tǒng)可以運(yùn)行在不同的實(shí)體中，同時(shí)也可以支出多種處理及多個(gè)處理同時(shí)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(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為了當(dāng)今最為熱門(mén)的一個(gè)領(lǐng)域之一，它的迅猛發(fā)展受到了社會(huì)各界人士的廣泛關(guān)注，其應(yīng)用已經(jīng)滲透到了社會(huì)生活的方方面面。目前嵌入式的處理器已經(jīng)占到分散式處理器市場(chǎng)的90%之多，尤其是嵌入式Linux系統(tǒng)其應(yīng)用的更加廣泛，主要來(lái)說(shuō)嵌入式Linux系統(tǒng)在ARM處理器中關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)分為以下幾個(gè)方面:

(1)Bootloader移植技術(shù)

在嵌入式系統(tǒng)之中，操作系統(tǒng)的內(nèi)核是不能直接運(yùn)行的，我們必須要在操作系統(tǒng)前先運(yùn)行一段程序，也就是當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位后，嵌入系統(tǒng)中的處理器就會(huì)從處理器的制造商預(yù)先安排的地址上獲取指令，這個(gè)存放地址的代碼就是Bootloader，這個(gè)程序就是Bootloader移植技術(shù)，它和PC機(jī)中的BIOS程序相似，通過(guò)應(yīng)用這一段程序就可以很好的完成硬件設(shè)備的初始化，同時(shí)還建立起一個(gè)內(nèi)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(lái)，使之處于一個(gè)合適的運(yùn)行態(tài)勢(shì)之中，從而為操作系統(tǒng)的運(yùn)行做好準(zhǔn)備。

(2)編譯內(nèi)核技術(shù)

我們經(jīng)常用到的 Linux系統(tǒng)是一個(gè)單內(nèi)核的系統(tǒng)，他一般在單獨(dú)的內(nèi)核地址空間之中運(yùn)行，具有著簡(jiǎn)單易操作、性能比高這樣的優(yōu)勢(shì)；同時(shí)，Linux系統(tǒng)也吸取了微內(nèi)核的特點(diǎn)，在系統(tǒng)中引入了獨(dú)特的模塊化設(shè)計(jì)及搶占式的內(nèi)核，以保證新的系統(tǒng)能夠支持內(nèi)核線程，使其具有微內(nèi)核系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，從而有效的避免微內(nèi)核性能損失這一缺陷問(wèn)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(hù)可以依據(jù)Linux系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)來(lái)根據(jù)具體的實(shí)際要求編譯滿(mǎn)足自我要求的最精簡(jiǎn)的操作內(nèi)核，這樣就可以大大的降低嵌入式系統(tǒng)在處理器設(shè)置中的總體能耗。

(3)構(gòu)建根文件系統(tǒng)技術(shù)

根文件系統(tǒng)是嵌入式Linux系統(tǒng)在啟動(dòng)的時(shí)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(dòng)時(shí)所必須的目錄及關(guān)鍵性的文件內(nèi)容，比如，Linux系統(tǒng)在啟動(dòng)的時(shí)候可能必須要需要init目錄下的有關(guān)文件，那么這時(shí)Linux在掛載分區(qū)的時(shí)候就一定要找到/etc/fstab這個(gè)掛載文件，任何的包括這些Linux系統(tǒng)啟動(dòng)所需要的文件都可以成為根文件系統(tǒng)的。

(4)驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)技術(shù)

從嵌入式系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)上來(lái)看，驅(qū)動(dòng)程序的功能主要表現(xiàn)為三個(gè)方面，一是驅(qū)動(dòng)程序處于嵌入式系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)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(fù)用性；二是可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序使應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)底層硬件的安全訪問(wèn)提高系統(tǒng)的安全性和訪問(wèn)效率，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在內(nèi)核的狀態(tài)下就可以直接的對(duì)硬件進(jìn)行操作；三是驅(qū)動(dòng)程序文件節(jié)點(diǎn)可以有效的控制訪問(wèn)權(quán)限，這主要是因?yàn)轵?qū)動(dòng)程序一般是處于運(yùn)行中的內(nèi)核狀態(tài)之下，而要想實(shí)現(xiàn)用戶(hù)訪問(wèn)就必須要處于用戶(hù)狀態(tài)之下，沒(méi)有直接訪問(wèn)的硬件設(shè)備。在嵌入式Linux系統(tǒng)之中，驅(qū)動(dòng)程序是整個(gè)操作系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，它在內(nèi)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(qū)動(dòng)程序?qū)τ谇度胧絃inux系統(tǒng)的重要性，所以要加強(qiáng)嵌入式Linux系統(tǒng)在 ARM 處理器中的應(yīng)用就必須要加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)程序技術(shù)的發(fā)展，為嵌入式Linux系統(tǒng)提供良好的運(yùn)行環(huán)境。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著人們對(duì)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)也開(kāi)始不斷的發(fā)展，針對(duì)不同的應(yīng)用環(huán)境，嵌入式系統(tǒng)必須進(jìn)行不斷的移植和構(gòu)建，這是每一個(gè)程序員工都應(yīng)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(yīng)用情況，了解嵌入式Linux系統(tǒng)在ARM平臺(tái)上的主要移植過(guò)程，從而為嵌入式系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展做了充足的準(zhǔn)備，在今后的實(shí)際中研發(fā)科研人員要根據(jù)實(shí)際的要求及人們的要求，進(jìn)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(gòu)造，從而在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮重要的作用。

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