設計と組み込みLinuxシステムのアプリケーション

I.はじめ

組込みシステム（組込みシステム）は、コンピュータ・システムの統合を達成するために、コンピュータのハードウェア・システム、ソフトウェアとハ​​ードウェアに統合されたアプリケーション、オペレーティングシステムおよびソフトウェア機能の要件に基づいています。組込みシステムは、もともとは電気機械電話交換機を制御するために使用された、1960年代後半に登場し、現在広く工業生産、プロセス制御、通信、機器、計測機器、自動車、船舶、航空、航空宇宙、軍事機器、消費者に使用されています製品、およびその他の分野。汎用コンピュータ・システムの様々なよりもはるかに多くの数の組み込みシステム：コンピュータシステムコアCPU、およそ20億の生産世界中で毎年、80％以上が埋め込まれた専門性の高いすべてのタイプに適用されているのシステム。

一般的に、マイクロプロセッサと、専用のハードウェアおよびソフトウェアのシステムは、組み込みシステムを呼び出すことができます。そして、汎用コンピューティング・プラットフォームと比較組込みシステムは、多くの場合、単一の機能、小型、低消費電力、高い信頼性、優れた耐カット性、ハードウェアとソフトウェアの高集積化、およびので、比較的低い計算能力を持っています。まず、洗濯機、電子レンジ、冷蔵庫などの機器が操作を使用していない、ボタンとライトの限られた数を管理するだけの簡単な制御手順が必要です。長年にわたり、組み込みデバイスは、2つの主な理由のためである何のオペレーティングシステムを、持っていません必要なシステム;第二に、それは多くの場合、唯一のオペレーティングシステムをサポートするには不十分で、ハードウェアリソースが限られています。

は、しかし、ハードウェアの開発を、組込みシステムがより複雑になり、初期制御プログラムは徐々に機能の数を追加し、これらの機能の多くは、オペレーティングシステムによって提供されてもよいがあります。 1970年代後半に（オペレーティングシステム組み込み）このように、そこに埋め込まれているオペレーティングシステムは、それが大幅に現れたアプリケーションの設計を簡素化し、効率的にソフトウェアの品質を保護し、開発サイクルを短縮することができます。オペレーティングシステムの使用は、シンプルで一般的にESのオペレーティングシステムを使用していない、唯一の制御フローの一部が含まれていますが、組み込みオペレーティングシステムが複雑になると、簡単なプロセス制御システムが考慮されなければならない要件を満たすことができないでくださいシステムソフトウェア。そのため、組み込みオペレーティングシステムがされて入ってきました。

は、EOSの広範なアプリケーションでは、業界では、EOS製品の成功したアプリケーションの数を開始しました。コンパクト、リアルタイム、取り外し可能な、硬化コード弱い相互作用、強い安定性と統一されたインタフェース：EOSを合計するには、次のような特徴を持っている必要があります。現在のほとんどのEOSの製品が含まれます：ようにVxwork、QNX、PalmOSの、WindowsCEの、のpSOS、HOPEN OS（独自に開発したキース・国内グループ会社）とを。これは、Vxworkが最も広く使用されている、最高の市場シェアは、それはその信頼性に加えて、強力なリアルタイム（などプリエンプティブ優先順位とラウンドロビンスケジューリング機構を、使用して）を特徴とし、カットもかなり良いです。 QNXは、優れたシステムのスケーラビリティ、コアプラスリアルタイムPOSIX環境未満兆ための完全なウィンドウシステムです。これとは対照的に、マイクロソフトのWinCEコアかさばる、リアルタイム性能が不十分であるが、理由はファミリー向けのWindowsユーザーインターフェースのとプログラマおなじみのAPIについて、およびIE、Officeやその他のアプリケーションをバンドルし、より大きな市場を獲得していますシェア。これらの商用オペレーティングシステムと比較すると、Linuxがますます注目されています。

は、第二に、組込みLinuxの概要
は、

Linuxが成熟し、安定したネットワーク・オペレーティング・システムです。組込みLinuxの移植されたデバイスは、多くの利点があります。まず第一に、Linuxはオープンソースであり、誰もが入手し、修正、自社製品を開発するためにそれを使用することができます。第二に、Lirmxは最小システムカーネルのみ134KB程度である、カスタマイズすることができます。中国のシステムおよびグラフィカル・ユーザー・インターフェースを備えたコアプログラムは1MB未満、また安定した操作を行うことができます。また、それはほとんどのUnixシステム、アプリケーション開発と非常に簡単移植と互換性があります。良いポータビリティのために同じ時間、で、それは成功したハードウェアプラットフォームの、Linuxの何百もの上で実行されています。

しかし、Linuxはリアルタイム・アプリケーション用に設計されたので、あなたは、我々は、リアルタイムのソフトウェア・モジュールを追加する必要があります誰にリアルタイム組み込みシステムを、要求の厳しい中でのLinuxを実行したい場合はされていません。カーネル空間で実行されているこれらのモジュールは、オペレーティングシステムの実装プロセススケジューリングで割り込み処理、およびプログラム実行部なので、エラーが破損しているオペレーティングシステム、システム全体の信頼性と安定性に影響を与えることができます。 、Linuxの多くの利点、それは広く組み込み分野で使用されていることであり、組み込みLinuxシステムのかなりの数の出現。一つの代表であっuClinuxを、ETLinux、ThinLinux、LOAFのように。 ETLinuxは、典型的には、特定のPC /104モジュールで、小さな産業用コンピュータに使用されます。 ThinLinuxカメラ専用のサーバー、X-10コントローラー、MP3プレーヤー、および他のそのような組み込みアプリケーション。 LOAFは386プラットフォーム上で動作するフロッピー略語、上のLinuxです。

3、Linuxの組み込みオペレーティングシステムのような利点

のLinuxの利点組み込みオペレーティングシステムとして次の要点：

1、ハードウェアの多様に適用することができますプラットフォーム。 Linuxは資金のために、時間制限の研究開発プロジェクトは非常に魅力的である、様々なハードウェア・プラットフォームに移植されています。プロトタイプは、後に開発プロセスをスピードアップするために、特定のハードウェア、ソフトウェアおよびハードウェアに移植され、標準的なプラットフォーム上で開発することができます。 Linuxは関係なく、1つのハードウェアプラットフォームから別のハードウェアプラットフォームに上位アプリケーションの変更、ハードウェアを管理するための統一されたフレームワークを使用しています。 Linuxは、自由に設定することができ、任意のライセンスまたはビジネス関係を必要としない、ソースコードは無料で利用できます。これは、著作権制度に関するいかなる紛争は満たしていないオペレーティングとしてLinuxを使用しています。これは、開発コストを大幅に節約することは間違いありません。自身の内蔵のネットワークのサポート、およびネットワーク上の現在の組み込みシステムは、ますます厳しくサポートします。 Linuxは、高度にモジュール化されているので、コンポーネントを追加することは非常に簡単です。

2、LinuxやUnixは完全なメモリアクセス制御を持つ、カーネルをベースに似ている、（X86、アルファ、ARM、およびモトローラほとんどの既存のチップを含む）ハードウェアの多数をサポートしていますプロパティ汎用オペレーティングシステム。そのプログラムのソースコードの開示全体は、誰もが変更とGUN一般公衆利用許諾契約書（GNU一般公衆利用許諾契約書）の下でリリースすることができます。このように、開発者は、特別なニーズを満たすために、オペレーティング・システムをカスタマイズすることができます。

3、Linuxユーザは、Unixの包括的な開発ツール、アプリケーションソフトウェアに精通している、ほとんどすべてのUnixシステムでは、Linuxに移植されています。 Linuxはまた、代替ウィンドウマネージャ（X Windowsの場合）の様々ながあり、強力なネットワーク機能を提供します。など、その強力な言語コンパイラGCC、C ++は、また洗練されたが、使いやすいだけでなく、取得するのは非常に簡単にすることができます。

第四に、組込みLinux
構築

完全な組込みLinuxソリューションは、組み込みLinuxオペレーティングシステムのカーネル、動作環境、グラフィカルインターフェースとアプリケーション・ソフトウェアを含むべきです。標準のLinuxとは大きく異なるので、組み込みデバイス、コア、環境中の組込みLinuxソリューション、GUIとの特別な要件に、主な課題は、リアルタイムで小さなFLASH、ROMとRAMで高品質な仕事を達成する方法でありますスケジューリング、グラフィック表示、ネットワーク通信。

1、コア
を合理化

Linuxカーネルは、その三つの基本的なサブシステムである、プロセス管理、メモリ管理、ファイルシステム、独自のアーキテクチャを採用しています。図1は、単にそのフレームを示しています。システムは、直接、またはライブラリカーネルリソースにアクセスすることができ、ユーザ・プロセスを呼び出します。 Linuxカーネルは、構造を有しているので、カーネルを変更するために、様々なサブシステムの時刻間の調整に注意を払う必要があります。

、組み込みLinuxカーネルは一般からカット標準のLinuxカーネルで構成されています。ユーザーは、サービス、ファイル・システムとデバイスドライバを排除することなく、需要に応じてシステムを構成することができます。切断した後、システム・カーネルは、一般に、わずか約300K、組み込みデバイスのために非常に適した圧縮します。標準のLinuxと異なる組込みLinuxは、ROMやFLASHからのブートを達成するために必要です。フロッピーディスク、ハードディスクOコア領域からシステムの初期化と起動用の標準的なLinuxのブートコード。組み込みLinuxは、一般的にROMやFLASHに格納され、標準LILOが起動することはできません。サポートでは主に仕事をシフトする、ブートプログラムの初期化、システムのハードウェアとオペレーティングシステムの展開を完了させるために、このようuClinuxをの恒久的な企業として、システム内のFLASHデバイスから直接起動します。それは唯一の非ブートディスクの使用状況などのシステムFLASH、FLASHデバイスから直接起動をサポートしていません。このとき、そのような埋め込まれたDOSのような小さなオペレーティングシステム、ハードまたはフロッピーディスクからロードすることができ、その後、実行' Loadlinは'組込みLinuxからFLASHブートローダー。

標準のLinuxの仮想メモリへの主な変更をし、スケジューラ部を変更。システムは、標準的なLinuxの仮想メモリ管理の目的を使用しているためと、同時に複数のプロセスを実行できるようにすることですが、限られているので、各プロセスがCPUタイムスライスの割り当て上で実行することができ、資源の効率的な使用が低いです。組み込みシステムのような高いリアルタイム要件のために、リアルタイムタスクは、多くの場合、いくつかのケースでは、非常に高い処理効率を必要とし、したがって、カーネル仮想メモリ管理機構を遮蔽する必要があること、高いCPU処理能力バーストを必要とします。ハードディスク装置なしの組み込みシステムでは、仮想メモリ管理を使用しないでください。旺盛な需要リアルタイム組み込みアプリケーションは、タスクスケジューリングモジュールを変更することによって達成することができ、主なポイントは、カーネルやデバイスドライバに切り替えるの多くを追加することです。この時点で、システムは、実行中のカーネルの拒否、割り込みのタイムリーな処理があり、未処理の緊急中断の有無を検出します。リアルタイムサービスを実現するためのより良い方法は、標準のLinuxカーネル上でリアルタイムカーネルを追加することで、リアルタイムカーネル上で実行するタスクなどの標準的なLinuxカーネルは、強力なリアルタイムタスクはまた、RT-Linuxのように、リアルタイムカーネル上で直接実行しますように。

ファイル・システムは、組み込みLinuxオペレーティングシステムが不可欠です。しかし、標準のLinuxはニーズを満たすために、システムの正常な動作に加えて、他は全て削除することができ、1を保持し、ファイル・システムの数をサポートしている元のセットアップオプションを削除することができます。一般的な組み込みデバイスのファイルシステムは、主にRAMDISK技術とネットワークファイルシステム技術を使用しています。 RAMDISKは、実行時にメモリにロードされ、フラッシュ内に常駐することができます。