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嵌入式 Linux 的基础知识介绍


嵌入式LinuxLinux内核的改编版,用于嵌入式系统。嵌入式Linux最流行的例子是Android 操作系统。

但是,需要大量硬件资源来支持嵌入式 Linux,特别是如果它将部署在实时机器对机器 (M2M) 通信、机器人控制或复杂计时应用等用例中时. 这些资源至少包括支持以太网和其他基本接口的嵌入式硬件平台(板卡或片上系统),以及用于容纳操作系统、库、文件系统、应用程序、引导加载程序、等等。

Linux.jpg

桌面 Linux 与嵌入式 Linux

嵌入式 Linux 是开源的、可修改的、用 C 编写的。桌面Linux或任何其他操作系统一样,嵌入式 Linux 的作用是从底层处理器中抽象出用户和应用程序,内存和其他硬件组件;为各种功能分配和交付系统资源;同时管理多个任务和应用程序等等。

硬件.jpg

尽管如此,如果您现在还没有注意到,嵌入式 Linux 和传统桌面 Linux 之间存在许多显着差异。这些包括例如直接从闪存而不是硬盘启动的能力。

下面提供了一张图表,比较了嵌入式 Linux 和桌面 Linux 之间的一些主要差异。

Linux1.jpg

嵌入式 Linux:交叉编译器、库和引导加载程序

由于嵌入式 Linux 是为特定应用程序设计的,因此在开始进行需要开源操作系统的系统设计时,工程师必须使用一些特定的开发工具。以下当然不是一个详尽的列表,但一个好的起点是使用正确的库、强大的交叉编译器和与 Linux 内核配对的高效引导加载程序。

交叉编译器

对于不熟悉的人来说,交叉编译器是一种编译器,它执行编写的代码,以便在编译器所在的机器之外的其他机器上运行。例如,在您的 PC 或笔记本电脑上运行的交叉编译器能够生成为 Android 智能手机等嵌入式系统编写的代码。

交叉编译器.jpg

嵌入式 Linux 系统需要交叉编译器,因为这些设备通常没有在本地编译代码所需的资源,因此必须在其他地方编译然后交付给目标。

对于提供大小优化、支持控制处理的特性等功能的交叉编译器,有多种选择。但是这里列出了一些最常见的交叉编译器:BuildrootCrosstool-NGYocto

C

C 库提供内核和应用程序之间的接口,因此必须是交叉编译过程的一部分。嵌入式 Linux 系统中的任何程序,无论是用 pythonjava 还是其他语言编写的,都必须在运行时调用 C 库才能通过 Linux 内核访问硬件资源。

linux系统.jpg

下面是一些在嵌入式 Linux 系统中使用的流行 C 库。

glibc 标准的 GNU C 库功能丰富,但代价是占用大量内存。它也没有任何配置选项。

uClibc – “u”表示 uClibc 是一个小型的微控制器 C 库,用于嵌入式系统。

musl – musl 也很小,在 RAM 和存储量有限的系统中是一个不错的选择。

eglibc – eglibc glibc 相同,但做了一些修改,使其更适合在嵌入式设备中使用,例如支持配置。

特定于应用程序的库

嵌入式 Linux 内核的功能有限,因此需要特定的库。下面列出了一些受欢迎的。

libgpiod如今,标准命令行并不是与 Linux 设备文件交互的唯一方式。libgpiod 用于与 Linux 设备中的 GPIO 硬件交互。

libusb – libusb 是一个 C 库,它从单一平台为所有通用 USB 设备提供驱动程序。

Socket Socket库可连接网络上的节点。

serdisplib – 该库可以驱动多个显示器,如 OLEDUSB 显示器或带有内置控制器的显示器。

Pigpio – Pigpio 库可用于控制 Raspberry Pi GPIO

opc-ua – opc-ua 协议是一种适用于时间敏感网络的协议。

lockdev – 锁定和解锁设备

libxls – 该库用于读取和转换 Excel 文件。

libstroke – 用于识别鼠标笔触和手势的库。

libserialport – 在编写使用串行端口的软件时抽象操作系统特定的细节

hidapi – 用于与 USB 和蓝牙 HID 设备通信的库。乙肝

mjpg_streamer – 用于从一个或多个输入捕获 JPEG 帧并通过 IP 网络流式传输它们

cheese —cheese 可以帮助您使用网络摄像头拍摄视频、照片等。

Elisa – 它是一个简单的音乐播放器,因此您可以播放任何音频。

引导加载程序

引导加载程序是系统开机后运行的第一个代码,它处理基本的硬件初始化并从可引导设备(如硬盘驱动器或 SD 卡或嵌入式 Linux 系统中的闪存)加载操作系统。一旦引导加载程序为 Linux 内核设置了可执行环境并且内核开始执行,就不再需要引导加载程序。

引导加载程序有各种形状和大小,可以根据用户或系统需求进行定制。事实上,一些嵌入式电路板带有引导加载程序。

这里介绍了一些常用的引导加载程序及其支持的处理器架构。

名称

支持的架构

Das U-Boot

ARCARMBlackfinMicroblazeMIPSNios IIOpenRicePowerPCSuperH

RedBoot

ARMMIPSPowerPCSuperH

Barebox

ARMBlackfinMIPSNios IIPowerPC

GRUB 2

x86x86_64

Little Kernel

arm

YAMON

MIPS

CFE

Broadcom MIPS

这些是您可能每天使用的各种基于 Linux 的嵌入式系统背后的关键构建块,您可能甚至不知道它们运行Linux,例如智能电视、无线路由器和网络附加存储设备。

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