嵌入式Linux技术及其应用

第

20

卷第

7

期

2000

年

7

月

计算机应用

Com

p

uterA

pp

lications

Vol.20,No.7

Jul.,2000

文章编号：（

1

）

07-004-03

嵌入式

Linux

技术及其应用

金西

1

，黄汪

2

（安徽合肥

230026

；

2.

华恒网络技术有限公司，安徽合

1.

中国科技大学物理系，

肥

230026

）

它既可以嵌

摘要：

Linux

是一种通用的且适合应用于嵌入式系统的操作系统，

入到一个非常小的系统中处理简单的任务，也可以组合起来处理非常复杂的任务。

介绍了嵌入式

L

并给出了嵌入式

Linux

在小型网络设备开发中的优势，

inux

应用的

一个具体实例。

实时多任务操作系统；实时

L

关键词：嵌入式系统；嵌入式

Linux

；

inux

中图分类号：文献标识码：

TP316.89A

THETECHNOLOGYOF

EMBEDDEDLINUXANDITSAPPLICATION

JINXi

1

,~UANGWan

g

2

e

P

artmento

f

Ph

y

sics,unioersit

y

o

f

ScienceandTechnolo

gy

o

f

China,~e

f

eianhui

230026

,

(

1

.d

China;

2

.~uahen

g

.,~e

f

eianhui

230026

,China

)

Abstract:Linuxisaversatileandcosteffectiveo

p

eratin

g

s

y

stemforembeddeds

y

e

embeddedinasur

p

risin

g

l

y

smalls

y

stemtohandlesim

p

letasksandscaledu

p

tohandlemorecom

p

lex

p

a

p

erWilldiscusstheadvanta

g

esofusin

g

exam

p

les

y

stemofEmbeddedLinuxWillbe

p

resentedinsomedetail.

Ke

y

words:embeddeds

y

stems;embeddedLinux;RT0S;RT-Linux

1

引言

［

1

］

嵌入式系统（

EmbeddedS

y

stem

被定义为：

s

）

以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁

剪，适应对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求

的专用计算机系统。嵌入式系统工业的基础是以应

用为中心的“芯片”设计和面向应用的软件产品开

发。

［

1

］

在应用数量上远远超过了各

嵌入式计算机

种通用计算机，一台通用计算机的外部设备中就包

键盘、鼠标、软驱、硬

含了

5!10

个嵌入式微处理器，

网卡、声卡、打印机、扫

盘、显示卡、显示器、

Modem

、

描仪、数字相机、

USB

集线器等均是由嵌入式处理

器控制的。制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、

汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方

面均是嵌入式计算机的应用领域。

则

如果嵌入式系统能够连接到

Internet

上面，

可以方便、低廉地将信息传送到几乎世界上的任何

一个地方。将嵌入式系统与

Internet

结合的主要困

难在于，

Internet

上面的各种通信协议对于计算机存

储器、运算速度等的要求比较高，而嵌入式系统中除

大量存在的是

8

位和

16

位

部分

32

位处理器以外，

支持

TCP

／

MCU

，

IP

等

Internet

协议将占用大量系

统资源，或根本不可能。

它需要

PC

桌

Linux

是自由的多任务操作系统，

面系统作为运行平台。而本文所讨论的嵌入式

能够烧录入容量只有

Linux

是指经过小型化裁剪、

（

F

内，不需要

几百

KB

或几

MB

的闪存

lashMemor

y

）

硬盘作为存储介质，也不需要键盘、鼠标之类的外

／／应用于各种特定

设，适用于

8

位

16

位

32

位

MCU

，

嵌入式场合的专用

Linux

操作系统。

相对于

WindoWsCE

、

GNX

以及国内的

~0PEN

收稿日期：

2000-03-28

作者简介：金西（，男，安徽合肥人，讲师，主要研究方向：微电子学、计算机应用、远程教学；黄

1970-

）

EDA

、

（

，男，广西北海人，高级程序员，主要研究方向：微电子学、网络交换机、

1975-

）

RT0S.

汪

第

7

期金西等：嵌入式

Linux

技术及其应用

5

（女娲）等嵌入式操作系统，嵌入式

Linux

以其特有

的开放性、与生俱来的网络特性将成为嵌入式操作

系统的主流之一。目前，嵌入式

Linux

在国内尚未

引起广泛注意，但在国外已处于研究与应用的初级

［

2

，

3

］

。

阶段

2

2.1

为什么要用嵌入式

Linux

与

RT0S

的比较

［

1

］

（

Real-timeM

实时多任务操作系统

ulti-

taskin

g

0

p

erationS

y

stem

，缩略为

RT0S

）是嵌入式

以及和专家库函数接口，用户必须自行选配

RT0S

开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠

性，并减少开发时间，保障软件质量。

在应用系统当中真正需要“硬实时”（

~ardReal

系统的场合很少，一般的嵌入式系统仅需要接近

Time

）

于实时的系统就足够了。事实上，当今很多商用

RT0S

［

3-5

］

声称是实时系统，但实际上并未达到“硬实时”。

在我们进行

RT0S

应用程序设计时，为了符合

实时的要求，在设计硬件驱动程序的中断响应结构

（如

p

S0S

时必须谨慎。在很多商用

RT0S

系统

应用软件的基础和开发平台，它是一段嵌入在目标

代码中的软件，用户的其它应用程序都建立在

RT0S

之上。不但如此，

RT0S

还是一个可靠性和

可信性很高的实时内核，将

CPU

时间、中断、

I

／

0

、定

时器等资源都包装起来，留给用户一个标准的

API

，

并根据各个任务的优先级，合理地在不同任务之间

分配资源。

RT0S

是针对不同处理器优化设计的高效率实

时多任务内核，优秀商品化的

RT0S

可以面对不同

体系结构的嵌入式处理器（诸如

68

、

PowerPC

、

ARM

、

X86

、

MIPS

、

DSP

等）提供类同的

API

接口，这

是

RT0S

基于设备独立的应用程序开发基础。因此

基于

RT0S

上的

C

语言程序具有极大的可移植性。

据专家测算，优秀

RT0S

上跨处理器平台的程序移

植只需要修改

1%!5%

的内容。

与

RT0S

比较，

Linux

版本开放、自带完整配套

的系列开发工具

［

4

，

5

（其开发工具可以是

］

C

／

C++

、

、

Ada

、汇编等等编译器；其调试工具是

g

db

调试

器，该调试器能支持源代码级调试），且支持

X-

Windows

图形界面。

.2RT-Linux

图

1

数据和控制流程示意图

通用计算机具有完善的操作系统和应用程序接

口（

API

），是计算机基本组成不可分离的一部分，应

用程序的开发以及完成后的软件都在

0S

平台上面

运行，但一般不是实时的

［

2

，

5

］

。嵌入式系统则不同，

应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行，但

是为了合理地调度多任务，利用系统资源、系统函数

lus

）中，一般建议我们把关键性的任务挂在优先级

最高的处理器的中断上，这样才能保证

RT0S

系统

的实时性。

外挂了

RT-Linux

模块的嵌入式

Linux

系统，也

提供了一个中断管理器，处理所有的中断，能够保证

关键性任务的实时响应。

其实，即使没有

RT-Linux

模块，嵌入式

Linux

本身也具有良好的任务响应能力，诸如：在一台使用

M

以太网的低档

586

上使用

Linux

处理

1UMb

p

s

的网络数据包，几乎不丢失任何数据包；对于处理

p

s

的

Modem

通讯来说，即便是应用装有

Linux

的

486PC

机，也不会丢失任何应该处理的数据包。

.3

嵌入式

Linux

的优点

嵌入式

Linux

［

2

］

的界面可以采用

X-Windows

的

GUI

方式，适用于各种需要人机交互的工控应用。

嵌入式

Linux

继承了

Linux

的网络和通讯功能，其

应用领域极其广泛。嵌入式

Linux

对众多的数据库

支持良好。嵌入式

Linux

除了对传统的外设硬件支

持良好外，对不断涌现的新型通讯接口，诸如

USB

接口、蓝牙技术（一种用于手持数字设备

PDA

之间

的宽带传输协议）也给予强力支持。

嵌入式

Linux

的一个设计实例

.1

嵌入式

设计原理框图

Linux

可以应用于嵌入式网络通讯设

备、个人数字助理（

PDA

）、工业控制设备等场合。下

面我们将给出一个应用实例，它可以将普通打印机

转换为网络打印服务器，其实现的硬件成本仅需几

百元，同时具有良好的系统功能扩充性，例如可以控

制打印的权限、使用时间、打印张数，甚至能自动收

E-mail

并打印输出，其硬件平台的框图如图

2

所示。

图

2

嵌入式

Linux

硬件平台框图

在图

2

中，我们选用的

AMD

公司的

ELAN4xxx

Java

2

p

1U

56kb

2

3

3

6

计算机应用

CONFIG

—

IP

—

ACCT=

y

IP

—

ROUTER=

y

CONFIG

—

CONFIG

—

NET

—

IPIP=m

IP

—

MROUTE=

y

CONFIG

—

CONFIG

—

IP

—

NAT=

y

CONFIG

—

IP

—

ALIAS=

y

CONFIG

—

IP

—

NOSR=

y

—

CONFIG

IPX=m

CONFIG

—

BRIDGE=

y

2UUU

年

系列是专注于嵌入式工业应用的

M

该

MCU

，

CU

属

兼容一般桌面

PC

的

L

于

X86

体系结构，

inuxi386

版

本。这样，我们可以直接使用

X86

体系的编译器对

Linux

核心源代码直接进行编译及裁剪。

注意：虽然

68K

／

PoWerPC

等在网络通讯领域的

嵌入式工业中有广泛的应用，但我们需要对

Linux

核心源代码当中涉及

CPU

的部分模块以及内存管

理模式的模块进行修改，所以在本系统中没有采用

该系列的

MCU

。

（制作

BootROM

用于加

2

）编写

BootLoader

，

嵌入式

Linux

烧录在图

2

所示的

FlaS1Memor

y

中，可以避免掉电的影响。系统加电启动后，程序将

从

FlaS1Memor

y

加载到图

2

所示的

RAM

中执行。

.2

系统实现

由于

Linux

是开放源代码的自由软件，使我们

可以根据应用系统设计的具体需要对

Linux

内核源

代码进行修改并重新编译。系统实现步骤为：

（

l

）重新编译

Linux

内核（

kernel

），去掉内核中

不需要的模块，诸如

PCMCIA

之类的外设支持模块

等。编译

Linux

内核配置文件中的需要配置的部分

源代码如下：

CONFIG

—

EXPERIMENTAL=

y

CONFIG

—

MODULES=

y

CONFIG

—

MAT

—

EMULATION=

y

CONFIG

—

MEM

—

STD=

y

CONFIG

—

MAX

—

MEMSIZE=lU24

CONFIG

—

NET=

y

CONFIG

—

PCI=

y

CONFIG

—

BINFMT

—

ELF=

y

CONFIG

—

KERNEL

—

ELF=

y

CONFIG

—

M386=

y

CONFIG

—

BLK

—

DEV

—

FD=

y

CONFIG

—

BLK

—

DEV

—

IDE=

y

CONFIG

—

BLK

—

DEV

—

CMD64U=

y

CONFIG

—

BLK

—

DEV

—

RZlUUU=

y

CONFIG

—

BLK

—

DEV

—

LOOP=

y

CONFIG

—

BLK

—

DEV

—

RAM=

y

CONFIG

—

BLK

—

DEV

—

INITRD=

y

CONFIG

—

FIREWALL=

y

CONFIG

—

NET

—

ALIAS=

y

CONFIG

—

INET=

y

CONFIG

—

IP

—

FORWARD=

y

CONFIG

—

IP

—

MULTICAST=

y

CONFIG

—

SYN

—

COOKIES=

y

CONFIG

—

IP

—

FIREWALL=

y

CONFIG

—

IP

—

FIREWALL

—

VERBOSE=

y

CONFIG

—

IP

—

MASGUERADE=

y

CONFIG

—

IP

—

MASGUERADE

—

IPAUTOFW=

y

CONFIG

—

IP

—

MASGUERADE

—

IPPORTFW=

y

CONFIG

—

IP

—

MASGUERADE

—

PPTP=

y

CONFIG

—

IP

—

MASGUERADE

—

PPTP

—

MULTICLIENT=

y

CONFIG

—

IP

—

MASGUERADE

—

ICMP=

y

CONFIG

—

IP

—

TRANSPARENT

—

PROXY=

y

CONFIG

—

IP

—

MASG

—

LOOSE

—

UDP=

y

CONFIG

—

IP

—

ALWAYS

—

DEFRAG=

y

载嵌入式

Linux

内核到内存中；

（

3

）重新设计以太网驱动程序以及串／并口驱

动程序；

（

4

）设计嵌入式

Linux

应用程序，管理打印服

务的应用；

（

5

）嵌入式

Linux

系统执行流程如图

3

所示。

图

3

系统执行流程图

结束语

由于

EDA

（电子设计自动化）技术的飞速发展，我

们已经成功地将小型化后的

Linux

操作系统写入

FlaS1

Memor

y

芯片中，正常运行并完成预期的管理目标。由

于

Linux

操作系统具有强大完善的网络功能、开放的源

代码、免费下载、良好在线服务等特点，积极开展有关

的研究，既有利于国家安全，又利于创新、出新。

嵌入式

Linux

的应用领域很宽，投资较少，但对

开发人员的素质要求很高，开发工作应由精通计算

机工程、电子工程、行业应用的复合型高级人才完

成。同时嵌入式系统也要求以工业化、工程化的方

式研究开发有关技术。通过

Internet

网，推动嵌入

式

Linux

技术的深入合作研究是一种好的手段。

参考文献

l

]

吕京建

,

等

.

面向二十一世纪的嵌入式系统综述

[

R

]

.

1tt

p

://-S

y

.

2

]

emlinux

主页

[

EB/OL

]

.1tt

p

:///.

3

]

Moretonl

主页

[

EB/OL

]

.1tt

p

://.

au/mbWeb/

p

roduct/nettel/nettel.1tm.

4

]

uC-Linux/ColdFire

主页

[

EB/OL

]

.1tt

p

://WWW.

moretonba

y

.com/coldfire/linux-coldfire.1tm.

5

]

uC-Linux

主页

[

EB/OL

]

.1tt

p

://

g

.

6

]

MotorolaColdFireCPU

主页

[

EB/OL

]

.1tt

p

://WWW.

/SPS/ PESD/index.1tml.

7

]

y

neWri

g

1t,1. urricane

1untin

g[

J

]

.LinuxJournal,

(

58

)

,Febl999.

3

4

[

[

[

[

[

[

[

嵌入式Linux技术及其应用

作者：

作者单位：

刊名：

英文刊名：

年，卷(期)：

被引用次数：

金西， 黄汪

计算机应用

COMPUTER APPLICATIONS

2000,20(7)

59次

1.张俊

一款基于S3C2440A的银行评价器的设计[期刊论文]

-

电子设计工程 2011(1)

2.熊雄.熊凌云.陆春信

基于Linux的江西气象电子邮件系统设计与实现[期刊论文]

-

科技广场

2010(1)

3.张虹.覃炜懿.吴燕妮

基于ARM-Linux的农田信息监测系统[期刊论文]

-

企业科技与发展 2010(16)

4.李爱群.贺锋.王汝传

一种嵌入式P2P流媒体播放器的设计[期刊论文]

-

信息化研究 2010(9)

5.张兵.唐亮.牛斗

基于嵌入式Linux用户驱动模块设计[期刊论文]

-

计算机与数字工程 2009(11)

6.王伟.周兰江.刘礼东.解云霄

Java Web应用在ARM Linux平台上的实现[期刊论文]

-

电脑知识与技

术 2009(16)

7.张延冬.王志鸿

基于ARM和SQLite在远程控制系统中的应用研究[期刊论文]

-

电子测量技术

2009(1)

8.张舸.刘利强.万力

基于Intel PXA255的嵌入式系统LCD驱动设计[期刊论文]

-

湖南理工学院学报

(自然科学版) 2008(3)

9.徐峰

浅谈我国嵌入式Linux技术的发展现状与发展动向[期刊论文]

-

硅谷 2008(6)

10.文远保.杜冠

GPS/GPRS车载监控终端的开发[期刊论文]

-

微处理机 2007(2)

11.马程

浅析嵌入式Linux[期刊论文]

-

科技咨询导报 2007(13)

12.黄守明.张红莉

嵌入式实时操作系统中的一种互斥方法[期刊论文]

-

福建电脑 2007(7)

13.徐光跃.骆玲.文劲宇

基于嵌入式Linux的高压开关室SF6气体在线监测系统[期刊论文]

-

电工技术

2007(2)

14.徐俊仕.徐娅萍.洪连环

基于嵌入式LINUX车载导航系统的LCD驱动实现[期刊论文]

-

机电一体化

2006(6)

15.刘进军

嵌入式Linux系统开发平台的实现方法探讨[期刊论文]

-

滁州学院学报 2006(3)

16.杨金显

基于ARM-Linux平台车载导航系统设计与实现[学位论文]硕士 2006

17.李文豪

基于对象的嵌入式实时操作系统—MKRTOS的实现和移植[学位论文]硕士 2006

18.傅竹青

基于嵌入式Linux和MiniGUI的数据传输测试分析仪监控终端研究[学位论文]硕士 2006

19.张晓林

基于uClinux的税控收款机的设计与开发[学位论文]硕士 2006

20.王震

嵌入式GUI构件库的设计与实现[学位论文]硕士 2006

21.刘伟

基于ARM的嵌入式系统与局域网互联的研究与实现[学位论文]硕士 2006

22.沈晓军.张慧慧.郑刚.马青宇.李开生.李静梅.梁立全

一种基于嵌入式Linux的控制设备系统的研

究[期刊论文]

-

制造业自动化 2005(3)

23.詹雄泉.洪景新.郑灵翔.陈辉煌

ARCA2开发平台上不同显示模式的研究和应用[期刊论文]

-

微机发

展 2005(8)

24.郭晨鲜.费凌

基于嵌入式控制器及研发平台的分析与研究[期刊论文]

-

西华大学学报（自然科学

版） 2005(4)

25.张延冬.焦彦军.张举

基于嵌入式系统的故障录波器设计[期刊论文]

-

继电器 2005(3)

26.胡飞跃.张娜

嵌入式远动控制系统中的通信技术[期刊论文]

-

长沙电力学院学报（自然科学版）

2005(2)

27.梁哲

嵌入式Linux操作系统TCP/IP协议栈构件化的研究与实现[学位论文]硕士 2005

28.芦文龙

嵌入式Linux手机平台若干关键技术的研究与实现[学位论文]硕士 2005

29.张金成

基于ARM7的嵌入式系统设计与Web服务器的实现[学位论文]硕士 2005

30.谢斌

基于AT91RM9200的嵌入式LINUX开发平台的实现与研究[学位论文]硕士 2005

31.刘振钧

构建基于PowerPC的嵌入式Linux通信平台[学位论文]硕士 2005

32.崔涛

KVM交换机嵌入式系统软件研究[学位论文]硕士 2005

33.周百龙

基于脑机接口的嵌入式技术研究[学位论文]硕士 2005

34.翟勇

uClinux平台上USB主机控制器驱动开发[学位论文]硕士 2005

35.赵龙宝

基于嵌入式芯片和IP技术的小区数字访客系统的研究和设计[学位论文]硕士 2005

36.万冬云

嵌入式系统网络接入在数字访客系统中的应用设计[学位论文]硕士 2005

37.李晶

电子提花机嵌入式系统设计[学位论文]硕士 2005

38.李吉祥

基于嵌入式系统无纸记录仪的研制[学位论文]硕士 2005

39.曾翔

基于状态检测的防火墙技术及其数学分析模型研究[学位论文]硕士 2005

40.李勋龙

基于S3C4510B的嵌入式Web系统的研究与设计[学位论文]硕士 2005

41.赖宏萍

Linux的嵌入式研究应用[学位论文]硕士 2005

42.荣苏娟

嵌入式TCP/IP协议栈的设计与实现[学位论文]硕士 2005

43.周余

基于MC68SZ328的Linux智能手机系统设计[学位论文]硕士 2005

44.张辰

嵌入式Linux系统一般应用程序及GPRS无线网络应用的开发[学位论文]硕士 2005

45.李英伦

嵌入式视频模块的研究与开发[学位论文]硕士 2005

46.蔡勇

基于北斗的民用船舶/车辆监控调度系统技术研究[学位论文]硕士 2005

47.张延冬.焦彦军.张举

基于嵌入式系统的故障录波器设计[期刊论文]

-

电力自动化设备 2004(10)

48.胡志坤.李建清.张中平.胡德胜

基于嵌入式Linux的气象数据采集系统的设计[期刊论文]

-

电子工

程师 2004(2)

49.蔡冬军

基于Linux的嵌入式系统研究和应用[学位论文]硕士 2004

50.张成伟

基于嵌入式Linux的GSM/GPRS无线通信模块的设计和实现[学位论文]硕士 2004

51.王作辉

智能终端无线应用技术的研究与实现[学位论文]硕士 2004

52.戴志诚

工业控制中嵌入式系统软件的设计与实现[学位论文]硕士 2004

53.刘文俊

基于Linux和MiniGUI的电子邮件系统的研究与实现[学位论文]硕士 2004

54.程龙兴

基于J2ME平台的无纸记录仪人机界面的开发[学位论文]硕士 2004

55.李志勇

基于Linux多轴联动电火花加工数控系统及相关技术研究[学位论文]博士 2004

56.刘志勇

嵌入式Linux技术在海洋自动观测系统中的应用研究[期刊论文]

-

海洋技术 2003(1)

57.朱宁

嵌入式Linux在手持设备中的应用研究[学位论文]硕士 2003

58.路广.张伯明.孙宏斌

嵌入式实时Linux及其在电网自动化系统中的应用[期刊论文]

-

电力系统自

动化 2002(7)

59.卢建刚.过静珺.吴卫峰.郝彤途

如何选用嵌入式操作系统进行GPS开发[期刊论文]

-

测绘通报

2002(4)

本文链接：/Periodical_