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1.1嵌入式Linux基础

自由开源软件在嵌入式应用上,受到青睐,Linux日益成为主流的嵌入式操作系统之一。随着摩托罗拉手机A760、IBM智能型手表WatchPad、夏普PDAZaurus等一款款高性能“智能数码产品”的出现,以及Motolola、三星、MontaVista、飞利浦、Nokia、IBM、SUN等众多国际顶级巨头的加入,嵌入式Linux的队伍越来越庞大了。目前,国外不少大学、研究机构和知名公司都加入了嵌入式Linux的开发工作,成熟的嵌入式Linux产品不断涌现。

2004年全球嵌入式Linux市场规模已达9150万美元,2005年有1.336亿美元,2006年有1.653亿美元,2007年达到2.011亿美元,每年平均增长30%。

究竟是什么原因让嵌入式Linux系统发展如此迅速。业界归纳为三大原因︰第一,Linux在嵌入式系统所需的实时性、电源管理等核心技术不断发展;第二,国际标准组织(如OSDL、CELF等)持续建立嵌入式Linux相关标准,有效解决版本分歧与兼容性问题;第三,业界主导组织、开发厂商等不断推出嵌入式Linux相关开发工具、维护系统。

嵌入式Linux以年费订阅方式为主,与其他的以产品利润为收入方式的嵌入式系统不同,弹性的捆绑销售策略,助其成功地逐年提高市场占有率,从2004年的46.8%扩大到2007年的56.4%。

国际有名的嵌入式Linux操作系统提供商Montavista,收购了PalmSource的爱可信和奇趣科技等,加强了对中国市场的投入,并在整个嵌入式操作系统市场中,占据了重要地位。而嵌入式操作系统的领先厂商,也改变了原来的单一产品路线,开始推出自己的Linux软件产品,实现“两条腿走路”。国内的嵌入式软件厂商也以Linux为突破口,纷纷开发各种基于Linux的操作系统产品。这些嵌入式Linux厂商已经形成了一个不容忽视的群体。

以下就从Linux开始,一层层揭开嵌入式Linux的面纱。

1.1.1Linux发展概述

简单地说,Linux是指一套免费使用和自由传播的类UNIX操作系统。人们通常所说的Linux是LinusTorvalds所写的Linux操作系统内核。

当时的Linus还是芬兰赫尔辛基大学的一名学生,他主修的课程中有一门课是操作系统,而且这门课是专门研究程序的设计和执行。最后这门课程提供了一种称为Minix的初期UNIX系统。Minix是一款仅为教学而设计的操作系统,而且功能有限。因此,和Minix的众多使用者一样,Linus也希望能给它添加一些功能。

在之后的几个月里,Linus根据实际的需要编写了磁盘驱动程序以便下载访问新闻组的文件,又编写了个文件系统以便能够阅读Minix文件系统中的文件。这样,“当你有了任务切换,有了文件系统和设备驱动程序后,这就是UNIX,或者至少是其内核。”。于是,0.0.1版本的Linux就诞生了。

Linus从一开始就决定自由传播Linux,他把源代码发布在网上,于是,众多的爱好者和程序员也都通过互联网加入到Linux的内核开发工作中。这个思想与FSF(FreeSoftwareFoundation)资助发起的GNU(GNU’sNotUNIX)的自由软件精神不谋而合。

GNU是为了推广自由软件的精神以实现一个自由的操作系统,然后从应用程序开始,实现其内核。而当时Linux的优良性能备受GNU的赏识,于是GNU就决定采用Linus及其开发者的内核。在他们的共同努力下,Linux这个完整的操作系统诞生了。其中的程序开发共同遵守GeneralPublicLicense(GPL)协议,这是最开放也是最严格的许可协议方式,这个协议规定了源码必须可以无偿的获取并且修改。因此,从严格意义上说,Linux应该叫做GNU/Linux,其中许多重要的工具如gcc、gdb、make、emacs等都是GNU贡献的。

这个“婴儿版”的操作系统以平均两星期更新一次的速度迅速成长,如今的Linux已经有超过250种发行版本,且可以支持所有体系结构的处理器,如X86、PowerPC、ARM、Xscale等,也可以支持带MMU或不带MMU的处理器。到目前为止,它的内核版本也已经从原先的0.0.1发展到现在的2.6.xx。

小知识

自由软件(freesoftware)中的free并不是指免费,而是指自由。它赋予使用者4种自由。

·自由之1:有使用软件的自由。

·自由之2:有研究该软件如何运作的自由,并且得以改写该软件来满足使用者自身的需求。取得该软件的源码是达成此目的前提。

·自由之3:有重新散布该软件的自由,所以每个人都可以藉由散布自由软件来敦亲睦邻。

·自由之4:有改善再利用该软件的自由,并且可以发表改写版供公众使用,如此一来,整个社群都可以受惠。取得该软件的源码是达成此目的前提。

GPL:GPL协议是GNU组织、维护的一种版权协议,遵守这个协议的软件可以自由地获取、查看、使用其源代码。GPL协议是整个开源世界的精神基础。

Linux的内核版本号:

Linux内核版本号格式是x.y.zz-www,数字x代表版本类型,数字y为偶数时是稳定版本,为奇数时是开发版本,如2.0.40为稳定版本,2.3.41为开发版本,测试版本为3个数字加上测试号,如2.4.12-rc1。最新的Linux内核版本可从http://www.kernel.org上获得。

1.1.2Linux作为嵌入式操作系统的优势

从Linux系统的发展过程可以看出,Linux从最开始就是一个开放的系统,并且它始终遵循着源代码开放的原则,它是一个成熟而稳定的网络操作系统,作为嵌入式操作系统有如下优势。

1.低成本开发系统

Linux的源码开放性允许任何人获取并修改Linux的源码。这样一方面大大降低了开发的成本,另一方面又可以提高开发产品的效率。并且还可以在Linux社区中获得支持,用户只需向邮件列表发一封邮件,即可获得作者的支持。

2.可应用于多种硬件平台

Linux可支持X86、PowerPC、ARM、Xscale、MIPS、SH、68K、Alpha、Sparc等多种体系结构,并且已经被移植到多种硬件平台。这对于经费、时间受限制的研究与开发项目是很有吸引力的。Linux采用一个统一的框架对硬件进行管理,同时从一个硬件平台到另一个硬件平台的改动与上层应用无关。

3.可定制的内核

Linux具有独特的内核模块机制,它可以根据用户的需要,实时地将某些模块插入到内核中或者从内核中移走,并能根据嵌入式设备的个性需要量体裁衣。经裁减的Linux内核最小可达到150KB以下,尤其适合嵌入式领域中资源受限的实际情况。当前的2.6内核加入了许多嵌入式友好特性。

4.性能优异

Linux系统内核精简、高效并且稳定,能够充分发挥硬件的功能,因此它比其他操作系统的运行效率更高。在个人计算机上使用Linux,可以将它作为工作站。它也非常适合在嵌入式领域中应用,对比其他操作系统,它占用的资源更少,运行更稳定,速度更快。

5.良好的网络支持

Linux是首先实现TCP/IP协议栈的操作系统,它的内核结构在网络方面是非常完整的,并提供了对包括十兆位、百兆位及千兆位的以太网,还有无线网络、Tokenring(令牌环)和光纤甚至卫星的支持,这对现在依赖于网络的嵌入式设备来说无疑是很好的选择。

1.1.3Linux发行版本

由于Linux属于GNU系统,而这个系统采用GPL协议,并保证了源代码的公开,于是众多组织或公司在Linux内核源代码的基础上进行了一些必要的修改加工,然后再开发一些配套的软件,并把它整合成一个自己的发布版Linux。除去非商业组织Debian开发的DebianGNU/Linux外,美国的RedHat公司发行了RedHatLinux,法国的Mandrake公司发行了MandrakeLinux,德国的SUSE公司发行了SUSELinux,国内众多公司也发行了中文版的Linux,如著名的红旗Linux。Linux目前已经有超过250个发行版本。

下面仅对RedHat、Debian、Mandrake等具有代表性的Linux发行版本进行介绍。

1.RedHat

国内,乃至是全世界的Linux用户最熟悉的发行版想必就是RedHat了。RedHat最早是由BobYoung和MarcEwing在1995年创建的。目前RedHat分为两个系列:由RedHat公司提供收费技术支持和更新的RedHatEnterpriseLinux(RHEL,RedHat的企业版),以及由社区开发的免费的桌面版FedoraCore。

RedHat企业版有3个版本——AS、ES和WS。AS是其中功能最为强大和完善的版本。而正统的桌面版RedHat版本更新早已停止,最后一版是RedHat9.0。本书就以稳定性高的RHELAS作为安装实例进行讲解。

官方主页:http://www.redhat.com/。

2.Debian

之所以把Debian单独列出,是因为DebianGNU/Linux是一个非常特殊的版本。在1993年,伊恩·默多克(IanMurdock)发起Debian计划,它的开发模式和Linux及其他开放性源代码操作系统的精神一样,都是由超过800位志愿者通过互联网合作开发而成的。一直以来,DebianGNU/Linux被认为是最正宗的Linux发行版本,而且它是一个完全免费、高质量的且与UNIX兼容的操作系统。

Debian系统分为3个版本,分别为稳定版(Stable)、测试版(Testing)和不稳定版(Unstable)。每次发布的版本都是稳定版,而测试版在经过一段时间的测试证明没有问题后会成为新的稳定版。Debian拥有超过8710种不同的软件,每一种软件都是自由的,而且有非常方便的升级安装指令,基本囊括了用户的所有需要。Debian也是最受欢迎的嵌入式Linux之一。

官方主页:http://www.debian.org/。

3.国内的发行版本及其他

目前国内的红旗、新华等都发行了自己的Linux版本。

除了前面所提到的这些版本外,业界还存在着诸如gentoo、LFS等适合专业人士使用的版本。在此不做介绍,有兴趣的读者可以自行查找相关的资料做进一步的了解。

1.1.4如何学习Linux

正如人们常说的“实践出真知”,学习Linux的过程也一样。只有通过大量的动手实践才能真正地领会Linux的精髓,才能迅速掌握在Linux上的应用开发,相信有编程语言经验的读者一定会认同这一点。因此,在本书中笔者安排了大量的实验环节和课后实践环节,希望读者尽可能多参与。

另外要指出的是,互联网也是一个很好的学习工具,一定要充分地加以利用。正如编程一样,实践的过程中总会出现多种多样的问题,笔者在写作的过程当中会尽可能地考虑可能出现的问题,但限于篇幅和读者的实际情况,不可能考虑到所有可能出现的问题,所以希望读者能充分利用互联网这一共享的天空,在其中寻找答案。

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