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Linux作為一種免費(fèi)開(kāi)源的操作系統(tǒng)，其應(yīng)用范圍已經(jīng)不再局限于個(gè)人電腦和服務(wù)器，而是涉及到嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，在嵌入式設(shè)備領(lǐng)域，由于Linux具有開(kāi)放性、安全性、穩(wěn)定性、易于定制化等優(yōu)點(diǎn)，linux嵌入式設(shè)計(jì)已經(jīng)成為越來(lái)越多企業(yè)的首選方案。那么，我們就來(lái)深入探究一下Linux嵌入式設(shè)計(jì)的一些關(guān)鍵點(diǎn)。
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一、Linux嵌入式系統(tǒng)的基本概念
1.嵌入式系統(tǒng)
嵌入式系統(tǒng)是指由計(jì)算機(jī)硬件、嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等組成的一種特殊計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要用于完成特定的數(shù)據(jù)處理和控制任務(wù)。相對(duì)于一般計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)通常具有小巧、高效、低功耗、安全可靠等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工控、家電、醫(yī)療、交通、軍事等領(lǐng)域。
2.Linux操作系統(tǒng)
Linux是一種基于Unix的開(kāi)放源碼操作系統(tǒng)，由芬蘭計(jì)算機(jī)科學(xué)家Linus Torvalds于1991年開(kāi)發(fā)。Linux憑借著開(kāi)放、穩(wěn)定、安全等優(yōu)點(diǎn)，迅速成為一個(gè)強(qiáng)有力的操作系統(tǒng)平臺(tái)，并且廣泛應(yīng)用于服務(wù)器、個(gè)人計(jì)算機(jī)、移動(dòng)設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。
3.Linux嵌入式系統(tǒng)
Linux嵌入式系統(tǒng)是指在嵌入式硬件設(shè)備上運(yùn)行的一種嵌入式Linux操作系統(tǒng)。它能夠提供給用戶(hù)一個(gè)完整的、處理數(shù)據(jù)和控制硬件設(shè)備的操作平臺(tái)，在用戶(hù)需要時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用程序的部署和運(yùn)行。
二、Linux嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟
1.硬件平臺(tái)選擇
進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先要選擇硬件平臺(tái)。硬件平臺(tái)對(duì)嵌入式系統(tǒng)的性能、穩(wěn)定性、功耗等方面有著重要的影響。根據(jù)所需的應(yīng)用場(chǎng)景選擇適合的硬件平臺(tái)，例如Arduino、Raspberry Pi等。
2.嵌入式Linux操作系統(tǒng)定制化
選中硬件平臺(tái)之后，需要定制化一個(gè)適合該硬件的嵌入式Linux操作系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)者可以自行選擇Linux內(nèi)核版本及相關(guān)軟件包，進(jìn)行修改、編譯并安裝到目標(biāo)嵌入式設(shè)備上。在這個(gè)過(guò)程中，需要根據(jù)實(shí)際需求把所需的內(nèi)核模塊、驅(qū)動(dòng)程序等加入Linux系統(tǒng)中。
3.應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)
在嵌入式Linux系統(tǒng)中，應(yīng)用程序是運(yùn)行在用戶(hù)空間的。我們可以使用各種編程語(yǔ)言編寫(xiě)應(yīng)用程序，例如C、Python、Java等，也可以使用各種軟件框架，如QT、Gtk+等。應(yīng)用程序要與內(nèi)核態(tài)的硬件驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行通信，對(duì)硬件進(jìn)行控制。
4.調(diào)試
在應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)這一階段，可能會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，例如軟件運(yùn)行不穩(wěn)定、崩潰等等。因此，需要進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試。可以使用gdb進(jìn)行調(diào)試，以及日志記錄和分析工具記錄調(diào)試信息。
三、Linux嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)
1.優(yōu)點(diǎn)
（1）開(kāi)放性。開(kāi)源的Linux系統(tǒng)可以使工程師快速定制嵌入式系統(tǒng)，并提供全面的硬件支持。
（2）可定制性。用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際需求構(gòu)建適合自已的操作系統(tǒng)。
（3）穩(wěn)定性。Linux系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了廣泛認(rèn)可，其設(shè)計(jì)和內(nèi)核維護(hù)由大量專(zhuān)業(yè)工程師進(jìn)行。
（4）低功耗。Linux系統(tǒng)可以運(yùn)行在各種低功耗設(shè)備上，比如物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等。
2.缺點(diǎn)
（1）硬件驅(qū)動(dòng)支持。在一些較為特殊的嵌入式硬件上，尚未有完善的Linux驅(qū)動(dòng)程序支持。
（2）開(kāi)發(fā)人員的技能門(mén)檻比較高，需要較為專(zhuān)業(yè)的嵌入式Linux開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)和技能。
（3）使用開(kāi)源軟件可能會(huì)導(dǎo)致一些安全風(fēng)險(xiǎn)。
四、
以上是Linux嵌入式設(shè)計(jì)的一些基本概念、步驟及優(yōu)缺點(diǎn)。隨著物聯(lián)網(wǎng)和5G的發(fā)展，Linux嵌入式設(shè)計(jì)將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。因此，對(duì)于Linux嵌入式設(shè)計(jì)這一技術(shù)的了解和掌握將對(duì)嵌入式開(kāi)發(fā)工程師和相關(guān)從業(yè)人員非常有幫助。
相關(guān)問(wèn)題拓展閱讀：
- Linux和嵌入式Linux有什么區(qū)別
- 學(xué)嵌入式linux需要先學(xué)什么
- linux與嵌入式系統(tǒng)的關(guān)系
Linux和嵌入式Linux有什么區(qū)別
【Linux】
Linux是一種自由和開(kāi)放源碼的類(lèi)Unix操作系統(tǒng)，存在著許多不同的Linux版本，但它們都使用了Linux內(nèi)核。
Linux也可以安裝在各種計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備中，型橡如收集、
平板電腦
、路由器、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、
超級(jí)計(jì)算機(jī)
等等，人們也已經(jīng)習(xí)慣了用Linux來(lái)形容整個(gè)基于Linux內(nèi)核，且使用GNU工程各種工具和數(shù)據(jù)庫(kù)的操作系統(tǒng)。
Linux操作系統(tǒng)
軟件包不僅包括完整的Linux操作系統(tǒng)，而且還包括了文本編輯器、高級(jí)語(yǔ)言
編譯器
等應(yīng)用軟件。它還包括帶有多個(gè)窗清租桐口管理器的X-Windows
圖形用戶(hù)界面
，如同我們使用Windows
NT一樣，允許我們使用窗口、圖標(biāo)和菜單對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作。
【嵌入式Linux】
嵌入式Linux說(shuō)白了就是利用Linux其自身的許多特點(diǎn)，把它應(yīng)用到
嵌入式系統(tǒng)
里。
現(xiàn)今已出現(xiàn)了一些
嵌入式操作系統(tǒng)
，比較著名的有Vxwork、pSOS、Neculeus和Windows
CE，但這些操作系統(tǒng)往往是商業(yè)化產(chǎn)品，其價(jià)格也比較高昂。
Linux做嵌入式的優(yōu)勢(shì)，首先，Linux是開(kāi)放源代碼的，答坦不存在黑箱技術(shù)，遍布全球的眾多Linux愛(ài)好者又是Linux開(kāi)發(fā)者的強(qiáng)大技術(shù)支持;其次，Linux的內(nèi)核小、效率高，內(nèi)核的更新速度很快;第三，Linux是免費(fèi)的OS，在價(jià)格上極具競(jìng)爭(zhēng)力。
Linux是一種自由和開(kāi)放源碼的類(lèi)Unix操作系統(tǒng)，存在著喚虛祥許多不同的Linux版本，但它們都使用了Linux內(nèi)核。Linux可安裝在各種計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備中，比如手機(jī)、平板電腦、路由器、視頻游戲控制臺(tái)、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、大型機(jī)和超級(jí)計(jì)算機(jī)。Linux是一個(gè)領(lǐng)先的操作系統(tǒng)，世界上運(yùn)算最快的10臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)行的都譽(yù)叢是Linux操作系統(tǒng)。嵌入式Linux系統(tǒng)就和搏是利用Linux其自身的許多特點(diǎn)，把它應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)里。隨著微處理器的產(chǎn)生，價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)小巧的CPU和外設(shè)連接提供了穩(wěn)定可靠的硬件架構(gòu)，那么限制嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸就突出表現(xiàn)在了軟件方面。
1. 硬此孝件平臺(tái)：
嵌入式Linux一般是Mips, ARM平臺(tái)，
桌面Linux一般是x86平臺(tái)。
2. 根文件系統(tǒng)
嵌租握入式Linux一般用UBIFS, yaffs2, jffs2.
桌面Linux一般用ext3。
3. shell不一樣
嵌入式Linux一般用busybox.
桌面弊扒慶Linux一般用bash.
學(xué)嵌入式linux需要先學(xué)什么
如果是希望向嵌入式軟件方向發(fā)展的話(huà)，目前最常見(jiàn)的是嵌入式LinuxARM方向，關(guān)于這個(gè)方向，我認(rèn)為大概分3個(gè)階段：
1、嵌入式linux上層應(yīng)用，包括QT的GUI開(kāi)發(fā)
2、嵌入式linux系統(tǒng)開(kāi)發(fā)
3、嵌入式linux驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)嵌入式目前主要面向的幾個(gè)操作系統(tǒng)是，LINUX，WINCE、VxWorks等等
Linux是開(kāi)源免費(fèi)的，而且其源代碼是開(kāi)放的，更加適合我們學(xué)習(xí)嵌入式。所以自學(xué)的話(huà)你可以嘗試以下路線(xiàn)：
（1） C語(yǔ)言是所有編程語(yǔ)言中的強(qiáng)者，單片機(jī)、DSP、類(lèi)似ARM的種種芯片的編程都可以用C語(yǔ)言搞定），因此必須非常熟練的掌握。
推薦書(shū)籍：譚浩強(qiáng)的很不錯(cuò)，《The C Programming Language》 這本經(jīng)典的教材是老外寫(xiě)的，也有中譯版本。
（2） 操作系統(tǒng)原理，是必需的，如果你是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)那也就無(wú)所謂了，如果是非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的就必須找一本比較淺顯的計(jì)算機(jī)原理書(shū)籍看一看，把啥叫“進(jìn)程”“線(xiàn)程”“系統(tǒng)調(diào)度”等等基本問(wèn)題搞清楚。
（3） Linux操作系統(tǒng)就是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的，所以你也應(yīng)該先學(xué)習(xí)下Linux方面的編程，只有你會(huì)應(yīng)用了，才能近一步去了解其內(nèi)核的精髓。
推薦書(shū)籍：《UNIX環(huán)境高級(jí)編程》（第2版）
（4） 了解ARM的架構(gòu)，原理，以及其匯編指令，我們?cè)谇度胧介_(kāi)發(fā)中，一般很少去寫(xiě)匯編，但是最起碼的要求是能夠看懂a(chǎn)rm匯編。
（5） 系統(tǒng)移植的時(shí)候，就需要你從最下層的bootloader開(kāi)始，然后內(nèi)核移植，文件系統(tǒng)移植等。而移植這部分對(duì)硬件的依賴(lài)是非常大的，其配置步驟纖銷(xiāo)首也相對(duì)復(fù)雜，也沒(méi)有太多詳細(xì)資料。
（6） 驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)
linux驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)既是個(gè)極富有挑戰(zhàn)性毀數(shù)的領(lǐng)域，又是一個(gè)博大精深的內(nèi)容。
linux驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)本質(zhì)是屬于linux內(nèi)核編程范疇的，因而是對(duì)linux內(nèi)核和內(nèi)核編程是有要求的。在學(xué)習(xí)前你要想了解linux內(nèi)核的組成，斗鄭因?yàn)槊恳徊糠忠敿?xì)研究的話(huà)足夠可以擴(kuò)展成一本厚書(shū)。以上只不過(guò)是大概的框架，在實(shí)際的開(kāi)發(fā)中還會(huì)涉及很多東西，比如：交叉編譯、makefile、shell腳本等等，所以說(shuō)學(xué)習(xí)嵌入式的周期較長(zhǎng)，門(mén)檻較高，自學(xué)的話(huà)更是需要較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力和專(zhuān)業(yè)功底。只要能堅(jiān)持下來(lái)一定會(huì)取得成功！推薦到華清遠(yuǎn)見(jiàn)的網(wǎng)站上了解嵌入式的課程體系和學(xué)習(xí)方法，還有很多資料和視頻教程可以下載。
linux與嵌入式系統(tǒng)的關(guān)系
linux和嵌入式系統(tǒng)是相互于相互交叉使用的。
嵌入式系統(tǒng)的定義就是軟硬件可裁剪，在實(shí)際項(xiàng)目中，對(duì)產(chǎn)品的功耗、存儲(chǔ)等要求嚴(yán)格，所以就會(huì)涉及將完整的Linux系統(tǒng)進(jìn)行精簡(jiǎn)瘦身，節(jié)約存儲(chǔ)提高效率，這就是所謂的系統(tǒng)移植拿族、裁剪。此工作需要對(duì)Linux內(nèi)核極其熟悉。
Linux驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)：嵌入式產(chǎn)品上面的各種外設(shè)的驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)，不僅要懂軟件、還需要熟悉消御弊Linux內(nèi)核代碼、了解硬件相關(guān)知識(shí)。
嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)：調(diào)用Linux的系統(tǒng)調(diào)用接口，進(jìn)行基于Linux系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，只需要有LinuxC語(yǔ)言知識(shí)的積累即可完成。
擴(kuò)展資料
嵌入式linux的特點(diǎn)
1、嵌拆豎入式linux既繼承了Internet上無(wú)限的開(kāi)放源代碼資源，又具有嵌入式操作系統(tǒng)的特性。
2、嵌入式Linux的特點(diǎn)是版權(quán)費(fèi)免費(fèi);購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用媒介成本技術(shù)支持全世界的自由軟件開(kāi)發(fā)者提供支持網(wǎng)絡(luò)特性免費(fèi)。
3、一些嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)成具有附加的功能，如存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中的程序，并且具有運(yùn)行可以完成原始設(shè)計(jì)范圍之外的任務(wù)的多任務(wù)操作系統(tǒng)的能力。
參考資料來(lái)源：
百度百科—嵌入式linux
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