关于嵌入式Linux操作系统的研究

摘 要

随着我国科技水平的不断提升，很多基于硬件系统的软件开发与项目研究不断发展变革，技术平台与操作系统呈现出愈加复杂的趋势，其功能更为完善。基于嵌入式Linux操作系统的软件开发不断优化整合，利用该项系统搭建嵌入式操作系统是我国近年来在科技研究领域中较为可喜的成绩。嵌入式Linux操作系统能够实现较为复杂的桌面计算，支持大部分实际产业系统的正常运转。本文就关于嵌入式Linux操作系统的结构设计及操作特点进行研究，并结合实践过程中的通信管理机的实际操作剖析基于嵌入式Linux操作系统的性能优势所在。

【关键词】嵌入式Linux操作系统 系统设计 体系结构 特点研究

前言

嵌入式Linux操作系统是一项在近年来被广泛应用的实时操作系统。我国国防、工业生产、机械自动控制、通信等领域已经采取该项嵌入式操作系统，并且取得了良好的实践成果。随着科技领域及经济发展全球一体化趋势的影响，国内外诸多学者对于嵌入式Linux操作系统的研究方向不尽相同，该系统所依托的交叉技术略有不同，但基于嵌入式Linux操作系统的实时性能大同小异，能够满足嵌入式系统的正常执行。

1 嵌入式Linux操作系统的主要特征

在现代化电子信息技术的发展进程中，嵌入式Linux操作系统也随之推陈出新，以便适应时展对于电子信息技术领域的发展要求。目前，嵌入式Linux操作系统的特点主要体现在该系统的开放性与稳定性方面。

1.1 嵌入式Linux操作系统的开放性特点

嵌入式Linux操作系统构建基础前提即为开放性，意味着该系统要能够与多个交叉系统进行有效融合，且能够实现系统的整体运行，以及满足多个系统之间的兼容性要求。

1.2 嵌入式Linux操作系统的稳定性较强

嵌入式Linux操作系统除了需要极高的兼容性，还需要较强的系统稳定性，以此来巩固该系统极佳的性能优势。大部分基于嵌入式Linux操作系统的运行程序需要同时执行多项任务，这就需要各程序在正常运行时能够互不干预，系统内部环节要保持各自的独立性。在实践过程中，基于嵌入式Linux操作系统的软件程序在不断进行技术升级，以期能够适应当前行业生产所依托的系统运行模式。

2 嵌入式Linux操作系统的设计研究

嵌入式系统的开发是剪裁与移植相结合的过程，从以往专家学者的研究理论中与实践领域观察，开发者自己编写的代码并不常见。笔者在智能交通监控系统的设计中，通过对Linux适当的剪裁，选择了RT-Linux作为系统的开发平台，提高了系统操作机开发的效率，而且有效降低了系统开发成本，在实际运行中取得较好的实效。

2.1 通信管理机所依托的嵌入式Linux操作系统

从通信管理机的模块设计来看，该模块和整体系统的运行需要软件操作才能执行系统指令，而仅靠硬件设备不能实现整体运行。基于此，就需要引入嵌入式Linux操作系统对其进行优化设计，嵌入式系统的发展对嵌入式操作系统提出了更高的要求，因此，对嵌入式操作系统的结构和用户界面等方面进行深入研究，将有助于嵌入式系统的应用和发展。

2.2 基于Linux的嵌入式实时操作系统研究

在传统的Linux操作系统中，引入RT-Linux内核对其进行改造，改变了系统的内核，以及Linux内核的工作环境，提高了系统的性能，具体如图1所示。

从图1中可以明显看出，在Linux内核和控制硬件中断处，该换了一个RT-Linux内核的控制环节。这样一来，Linux的控制信号要首先交付给RT-Linux内核处理，改变了系统运行的中间步骤，从而提升系统的整体性能。在RT-Linux内核中实现了一个虚拟中断机制，Linux本身永远不能屏蔽中断，它发出的中断屏蔽信号和打开中断信号都修改成向RT-Linux发送一个信号。例如：在Linux里面使用“sti”和“cli”宏指令来屏蔽信息或使其信息传输中断，是通过向系统处理器发送一个指令来实现的，而RT-Linux修改了这些宏指令，使得只是让RT-Linux里面的某些标记做了修改部分而已，避免产生较大变动，影响系统运行的稳定性。从系统设计的角度来看，所有的中断情形，可以分成Linux中断与实时中断两大类：如果RT-Linux内核收到的中断信号是普通Linux中断，那就设置一个标志位；如果是实时中断，就继续向硬件发出中断信号，直至系统执行指令为止。在RT-Linux中执行“sti”宏指令将中断打开之后，那些设置了标志位表示的Linux中断就继续执行。所以，“cli”宏指令并不能禁止RT-Linux内核的运行，却可以用来中断Linux操作。总的来说，嵌入RT-Linux的独特之处在于：Linux不能中断自身运行状态，而RT-Linux则可以实现该性能。

通过图2中所表示的实时任务与非实时任务的转换中我们可以了解到，读取FIFO设备能够获得嵌入式操作系统运行时的最大值与最小值，进而顺利执行系统操作。对于嵌入式Linux操作系统的实时调度操作过程而言，系统要能够以最短的时间达到最佳的系统性能。基于嵌入式Linux操作系统要在实践运行过程中实现多个程序的协调运行，进而进一步完善Linux操作系统的各项性能。

3 嵌入式Linux操作系统的功能研究

对于嵌入式Linux操作系统的功能研究，需要将该系统搭建在某项具体的产业环节中进行观察，从而将该系统的实际性能激发出来，从而与现代化的社会生产实践相融合。通信管理机硬件平台由嵌入式微机与存储硬件构成，在对通信管理机的系统应用软件进行构建的进程中，采取的是组件管理技术。从系统平台的构建过程来看，组件是嵌入式Linux操作系统的基础模块，相对而言通信管理各层是流动的系统构成，它是由监控程序与通信契约组成。在系统执行过程中，不仅要考虑到操作系统各环节之间的衔接性，而且更重要的是要保证整体系统运行的安全性与稳定性。

4 结束语

嵌入式Linux操作系统的构建需要依托良好的技术平台，该系统在通信管理机中的实际应用较为良好，能够凸显该系统的优势，且能够满足用户的综合管理需求。嵌入式Linux操作系统是通信管理机有序运行的技术保障，进一步完善了系统的整体性能。基于Linux操作系统的基础通信管理机的设计，能够实现对Linux系统内核信息进行更改与删除，使其较以往更具稳定性与安全性。总之，对嵌入式Linux操作系统所进行的各项研究，为其实践应用提供了大量有益的可借鉴内容，同时也能够促进系统性能升级。

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作者单位

长春工业大学计算机科学与工程学院 吉林省长春市 130012