１　前言

隨 著Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的飛速發展，網絡應用越來越廣泛，對各種工業控制設備的網絡功能要求也越來越高。當前的要求是希望工業控制設備能夠支持ＴＣＰ／ＩＰ以 及其它Ｉｎｔｅｒｎｅｔ協議，從而能夠通過用戶熟悉的瀏覽器查看設備狀態、設置設備參數，或者將設備采集到的數據通過網絡傳送到Ｗｉｎｄｏｗｓ或 Ｕｎｉｘ／Ｌｉｎｕｘ服務器上的數據庫中。這就要求工控系統必須具備兩方面的功能：一是要在現場完成復雜的測控任務，因為通常一些任務都具有一定的實時性 要求；二是要求測控系統能夠與某一類型的控制網相連，以實現遠程監控。在目前應用的大多數測控系統中，嵌入式系統的硬件采用的是８／１６位單片機；軟件多 采用匯編語言編程，由于這些程序僅包含一些簡單的循環處理控制流程。因此，單片機與單片機或上位機之間的通信通常通過ＲＳ２３２、ＲＳ４８５來組網。這些 網絡存在通信速度慢、聯網功能差、開發困難等問題。工業以太網已逐步完善，在工業控制領域獲得越來越多的應用。工業以太網使用的是ＴＣＰ／ＩＰ協議，因而 便于聯網，并具有高速控制網絡的優點。

現 在，３２位嵌入式ＣＰＵ價格的下降和性能指標的提高，為嵌入式系統的廣泛應用提供了可能。那么，限制嵌入式系統發展的瓶頸就突出地表現在軟件方面。盡管從 上世紀八十年代末開始，已經陸續出現了一些嵌入式操作系統（比較著名的有Ｖｘｗｏｒｋ、ｐＳＯＳ、Ｎｅｃｕｌｅｕｓ和Ｗｉｎｄｏｗｓ ＣＥ等），但這些專用操作系統都是商業化產品，其高昂的價格使許多生產低端產品的小公司望而卻步；而且，源代碼的封閉性也大大限制了開發者的積極性。嵌入 式系統需要的是一套高度簡練、界面友善、質量可靠、應用廣泛、易開發、多任務，并且價格低廉的操作系統。如今，業界已經達成共識：即嵌入式ｌｉｎｕｘ是大 勢所趨。 嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系統以價格低廉、功能強大、易于移植等特點而正在被廣泛采用，并已成為一種新興力量。

２　嵌入式ｌｉｎｕｘ技術

嵌 入式Ｌｉｎｕｘ是按照嵌入式操作系統的要求而設計的一種小型操作系統，它由一個Ｋｅｒｎｅｌ（內核）及一些根據需要進行定制的系統模塊組成。Ｋｅｒｎｅｌ 一般只有幾百ｋＢ左右，即使加上其它必須的模塊和應用程序，所需的存儲空間也很小。它具有多任務、多進程的系統特征，有些還具有實時性。一個小型的嵌入式 Ｌｉｎｕｘ系統只需要引導程序、Ｌｉｎｕｘ微內核、初始化進程３個基本元素。運行嵌入式Ｌｉｎｕｘ的ＣＰＵ可以是ｘ８６、Ａｌｐｈａ、Ｓｐａｒｃ、 ＭＩＰＳ、ＰＰＣ等。與這些芯片搭配的主板都很小，通常只有一張ＰＣＩ卡大小，有的甚至更小。嵌入式Ｌｉｎｕｘ所需的存儲器不是軟磁盤、硬盤、Ｚｉｐ盤、 ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ這些眾所周知的常規存儲器，它主要使用Ｒｏｍ、ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ、Ｍ－Ｓｙｓｔｅｍｓ的ＤｉｓｋＯｎＣｈｉｐ、Ｓｏｎｙ的 ＭｅｍｏｒｙＳｔｉｃｋ、ＩＢＭ的ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ等體積極小（與主板上的ＢＩＯＳ大小相近），且存儲容量不太大的存儲器。它的內存可以使用普通的內 存，也可以使用專用的ＲＡＭ。

與 其它嵌入式操作系統相比，Ｌｉｎｕｘ的源代碼是開放的，不存在黑箱技術。Ｌｉｎｕｘ作為一種可裁剪的軟件平臺系統，很可能發展成為未來嵌入式設備產品的絕 佳資源。Ｌｉｎｕｘ與生俱來的優秀網絡血統更為今后的發展鋪平了一條寬廣平坦的大路。因此，在保持Ｌｉｎｕｘ內核系統更小、更穩定、更具價格競爭力等優勢 的同時，對系統內核進行實時性優化，更加使之能夠適應對工業控制領域高實時性的要求。這也正是嵌入式ｌｉｎｕｘ操作系統在嵌入式工控系統中的發展所在。同 時也使Ｌｉｎｕｘ成為嵌入式操作系統中的新貴。

標 準的Ｌｉｎｕｘ內核通常駐留在內存中，每一個應用程序都是從磁盤運到內存上執行。當程序結束后，它所占用的內存就被釋放，程序就被下載了。而在一個嵌入式 系統里，可能沒有磁盤。有兩種途徑可以消除對磁盤的依賴，一是在一個簡單的系統里，當系統啟動后，內核和所有的應用程序都存在內存里。這是大多數傳統的嵌 入式系統的工作模式，同樣Ｌｉｎｕｘ。第二種就是ｌｉｎｕｘ所特有的功能，因為Ｌｉｎｕｘ已經有能力“加載”和“卸載”程序，因此，一個嵌入式系統就可以 利用它來節省內存。一個比較典型的系統有大約８ＭＢ到１６ＭＢ的閃存和８ＭＢ ＲＡＭ?而閃存可以被用作文件系統。用閃存驅動程序作為從閃存到文件系統的界面就是一種選擇。當然，也可以用一個閃存磁盤。用閃存來擺脫系統對一個磁盤的 需求(依賴)具有ＤｉｓｋＯｎＣｈｉｐ技術以及ＣｍｏｐａｃｔＦｌａｓｈ卡等方式。

用 來連接Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ和文件系統的程序都以文件形式存儲在Ｆｌａｓｈ文件中，需要時可以裝入內存，這種動態的、根據需要加載的能力是支持其它一系列功能的重要特 征。它能使初始化代碼在系統引導后被釋放。實際上，Ｌｉｎｕｘ同樣還有很多內核外運行的公用程序，這些程序通常在初始化時運行一次，以后就不再運行。而 且，這些公用程序可以用它們相互共有的方式一個接一個地按順序運行。這樣，相同內存空間可以被反復使用以“召入”每一個程序，就象系統引導一樣。這樣可以 節省內存，特別是那些配置一次以后就不再更改的網絡堆棧。如果將Ｌｉｎｕｘ可加載模塊的功能包括在內核里，驅動程序和應用程序就都可以被加載。由于它可以 檢查硬件環境并且為硬件裝上相應的軟件，從而消除了用一個程序占用許多Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ來處理多種硬件的復雜性。另外，軟件的升級更加模塊化，可以在系統運行時在Ｆｌａｓｈ上升級應用程序和加載驅動程序，其配置信息和運行時間參 數可以作為數據文件儲存在Ｆｌａｓｈ中。
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