嵌入式linux操作系统的组成与版本
嵌入式linux操作系统原理与应用
嵌入式Linux操作系统是一种针对嵌入式设备设计和优化的Linux操作系统。
它在嵌入式系统中发挥着关键作用，为嵌入式设备提供了丰富的功能和灵活性。
以下是嵌入式Linux操作系统的原理和应用方面的概述：嵌入式Linux操作系统原理：内核：嵌入式Linux操作系统的核心是Linux内核，它提供了操作系统的基本功能，包括处理器管理、内存管理、设备驱动程序、文件系统和网络协议栈等。
裁剪：为了适应嵌入式设备的资源限制，嵌入式Linux操作系统通常经过裁剪和优化，只选择必要的功能和驱动程序，以减小内存占用和存储空间，并提高性能和响应速度。
交叉编译：由于嵌入式设备通常具有不同的硬件架构和处理器，所以嵌入式Linux操作系统需要通过交叉编译来生成适用于目标设备的可执行文件和库。
设备驱动：嵌入式Linux操作系统需要适配各种硬件设备，因此需要编写和集成相应的设备驱动程序，以使操作系统能够正确地与硬件进行通信和交互。
嵌入式Linux操作系统应用：嵌入式设备：嵌入式Linux操作系统广泛应用于各种嵌入式设备，如智能手机、平板电脑、家用电器、工业控制系统、车载设备等。
物联网（IoT）：随着物联网的快速发展，嵌入式Linux操作系统被广泛应用于连接的嵌入式设备，用于数据采集、通信、远程控制和智能化管理。
嵌入式开发板：嵌入式Linux操作系统在开发板上提供了丰富的开发环境和工具链，用于嵌入式软件开发和调试。
自定义嵌入式系统：开发者可以基于嵌入式Linux操作系统构建自定义的嵌入式系统，根据特定需求进行定制和开发，实现各种功能和应用。
嵌入式Linux操作系统的原理和应用非常广泛，它为嵌入式设备提供了灵活性、可定制性和强大的功能支持，使得开发者能够构建高度定制化和功能丰富的嵌入式系统。
linux操作系统的组成
linux操作系统的组成1.内核（Kernel）Linux内核是整个Linux操作系统的核心，它负责管理系统资源，包括硬件、内存、进程、文件系统等。
内核提供了一系列系统调用，用户空间程序可以通过这些系统调用来访问内核提供的功能。
2.用户空间（User Space）用户空间是操作系统中除内核之外的部分。
用户空间包括Shell、图形界面、应用程序等。
用户空间通过系统调用来访问内核提供的功能。
用户空间和内核之间有一个保护机制，保证用户空间程序不能直接访问内核资源，只能通过系统调用。
3.ShellShell是Linux系统中的命令解释器，它充当了用户和内核之间的接口。
用户可以在Shell中输入命令，Shell解析命令并通过系统调用调用内核提供的功能。
Linux操作系统中常用的Shell有Bash、Zsh、Fish等。
4.文件系统（File System）Linux操作系统支持多种文件系统，包括Ext2、Ext3、Ext4、Btrfs、XFS等。
文件系统是管理文件和目录的机制，它负责在硬盘上分配空间，存储文件内容和元数据。
文件系统还提供了一些额外的功能，如权限管理、链接、快速查找等。
5.设备驱动程序（Device Driver）设备驱动程序是连接硬件设备和内核的桥梁，它转换设备的IO请求为内核能够理解的形式，并向内核提供设备的状态信息。
Linux操作系统支持多种设备驱动程序，包括字符设备驱动程序、块设备驱动程序、网络设备驱动程序等。
6.命令行工具（Command-Line Tool）Linux操作系统提供了丰富的命令行工具，可以轻松地完成各种任务。
常见的命令行工具有ls、cp、mv、mkdir、rm等，还有一些高级工具，如awk、sed、grep等。
7.图形界面（Graphical User Interface）Linux操作系统提供了多种图形界面，如GNOME、KDE、Xfce、LXDE等。
图形界面提供了一种更加友好的交互方式，用户可以通过鼠标点击、拖拽等方式完成操作，极大地提高了用户的工作效率。
3、嵌入式操作系统介绍
——ARM与C/OS-Ⅱ
北京航空航天大学 智能嵌入式技术工作室
王田苗 魏洪兴
1
第四讲、嵌入式实时操作系统分析
一、操作系统概述 二、嵌入式实时操作系统C/OS 三、嵌入式Linux简介 四、WinCE
2
一、操作系统的发展
串行处理 简单批处理系统——IBMSYS 多通道程序批处理系统 分时操作系统 实时操作系统
33
任务控制块结构
Struct os_tcb {
OS_STK *OSTCBStkPtr;
struct os_tcb *OSTCBNext; struct os_tcb *OSTCBprev;
事件控制块的指针
OS_EVENT *OSTCBEventPtr;
void
*OSTCBMsg;
INT16U OSTCBDly; INT8U OSTCBStat;
21
µC/OS-II提供的系统服务
信号量 带互斥机制的信号量
减少优先级倒置的问题 事件标志 消息信箱 消息队列 内存管理 时钟管理 任务管理
22
µC/GUI and µC/FS
µC/GUI 嵌入式的用户界面 用ANSI C书写 支持任何8, 16, 32-bits CPU 彩色，灰、度，等级或黑白显示 代码尺寸小
3
批处理操作系统
工作方式： 用户将作业交给系统操作员 系统操作员将许多用户的作业组成一批作业 之后输入到计算机中，在系统中形成一个自动转接
的连续的作业流 启动操作系统 系统自动、依次执行每个作业 最后由操作员将作业结果交给用户
4
分时操作系统
工作方式:
一台主机连接了若干个终端 每个终端有一个用户在使用 交互式的向系统提出命令请求 系统接受每个用户的命令 采用时间片轮转方式处理服务请求 并通过交互方式在终端上向用户显示结果 用户根据上步结果发出下道命令
嵌入式Linux家族回顾与前瞻
过 １ 美元 ， 亿 而且 在 ２１ 年 以前 都 系统 到应 用 软 件 各个 级 别 的开发 和 调试 。 ０Ｏ 将 保 持 快 速 显 著 增 长 的 势头 。 目
是利 用内核模块机制 ．采用插入
模 块 的 方 式加 载 了 一 个 Ｒ Ｌｎ ｘ Ｔ ｉｕ
系统 （ Ｖ Ｗｏ ｓ ｐ Ｏ 、Ｌｎｘ 如 ｘ ｒ 、 Ｓ Ｓ ｙｕ 、 ｘｏｆ等方便的裁剪和配置内核 ， ｋ ｃｎｉ ｇ 也可以开放的 作 。ｕ Ｉｕ 与标 准 Ｌ ｕ 的架 构 完 Ｃｉ ｘ ｎ ｉｘ ｎ
最小化改造。 同时 ，ｉｘ Ｌ ｕ 对 全 一 致 ． 大 区 别 就 在 于 内存 管 ｎ 最 Ｎｃｌ ｓ 已经 得 到 了广 泛 的应 用 ． 对内核进行实时性、 ｅｕ ｕ） ｅ
Ｏ和 实时 内核 的进程 进行 通 Ｊ 要 求 。 Ｃ ｉ ｘ Ｒ Ｌ ｕ 在 这 两个 方面 做 了经 Ｆ Ｆ ｕ ｌｕ 和 Ｔ ｉ ｘ ｎ ｎ
典 的探 索 ，是 嵌 入式 Ｌｎｘ ｉ 家族 中极 其 具 有 代 信。 ｕ 这样对Ｌｎｘ ｉ 内核 的改动非常 ｕ
开 放 、灵 活 、应 用 广 泛 的家族
完 专 Ｍｏｔ Ｖ ｔ ｓ 式Ｌ ｕ 的这几大特点 ， ｉｘ ｎ 很大程度上 项 目 ． 全 开 放 代 码 ． 门针 对 没 有 ＭＭＵ 的 优秀的家族 商业产品 ： ｎａ ｉａ 是从 Ｌ ｕ 继 承 而 来。Ｌ ｕ 开放 源 ｉｘ ｎ ｉｘ ｎ
Ｌｎｘ诞 １ ９ ｉ ｕ
容易阅读 、 裁剪和维护。虽然Ｌ ｕ 本身不是完 用 ＭＭＵ ． 且 针 对嵌 入 式 系统做 ｉｘ ｎ ）并
了许 多 代 码 和运 行 时小 型 化 的 工
6.1 嵌入式linux操作系统的组成与版本
台使它仍然能按其自身的方式运行的能力。
9
嵌入式Linux优势
Linux的费用低； Linux的所有部分可以充分地定制 ； Linux可以运行在低档，便宜的硬件平台； Linux的功能是强大的； Linux对源代码质量有一个高标准； Linux内核非常小，而且紧凑； Linux有很好的支持； Linux有很多合适的工具；
进程控制快 ；
独立的存储空间 ；
pid_t fork(void)函数：生成进程。
void main() { for(;;) fork(); }
Exit()：退出进程。
21
进程与线程
进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集 合上的一次运行活动,进程是系统进行资源分配和 调度的一个独立单位. 线程是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本 单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位. 线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运 行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器 和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共 享进程所拥有的全部资源. 一个线程可以创建和 撤销另一个线程;同一个进程中的多个线程之间可 以并发执行 需要注意的是：在应用程序中使用多线程不会增 加 CPU 的数据处理能力。
只要安装它们的驱动程序，任何用户都可以象使用文 件一样，操纵、使用这些设备，而不必知道它们的具 体存在形式。
丰富的网络功能
完善的内置网络是Linux的一大特点。
可靠的系统安全
Linux采取了许多安全技术措施，包括对读、写进行
权限控制、带保护的子系统、审计跟踪、核心授权等。
良好的可移植性
如何选择Linux的版本
常见的Linux操作系统有哪些
常见的Linux操作系统有哪些Linux操作系统是一种开源的、类Unix的操作系统，它由Linux内核和众多衍生的发行版本组成。
Linux操作系统广泛应用于服务器、嵌入式系统和个人计算机等领域。
下面将介绍几种常见的Linux操作系统。
1. DebianDebian是一个非商业化的Linux发行版，以稳定性和安全性著称。
它包含了庞大的软件仓库，用户可以轻松地安装并更新软件。
Debian采用了APT（Advanced Package Tool）包管理系统，使软件的安装和管理变得简单高效。
2. UbuntuUbuntu是基于Debian的一个流行的Linux发行版，它注重用户友好性和易用性。
Ubuntu提供了一个直观的桌面环境，包含许多常用的应用程序和工具。
它还有一个庞大的社区，用户可以获得丰富的技术支持和资源。
3. CentOSCentOS是一个以企业级应用为目标的Linux发行版，它是基于Red Hat Enterprise Linux(RHEL)的重建版本。
CentOS提供了与RHEL相同的稳定性和可靠性，但不需要支付高额的许可费用。
因此，CentOS被广泛应用于企业服务器领域。
4. FedoraFedora是由Red Hat赞助的一个社区版Linux发行版。
它致力于推动最新的技术和开源软件的发展。
Fedora使用dnf包管理器，提供了升级和安装软件的便利性。
它也是许多开源项目的先行者和试验田。
5. Arch LinuxArch Linux是一个面向高级用户的Linux发行版，提供了高度定制和灵活性。
Arch Linux采用了rolling release模式，不需要周期性的大版本更新。
用户可以自由选择并安装所需的软件包，以建立一个个性化的系统。
6. openSUSEopenSUSE是由SUSE Linux GmbH支持的一个社区版Linux发行版。
它提供了稳定的桌面和服务器环境，适合各种用途。
Linux各种发行版本概述(Redhat系 Debian系)
Linux各种发行版本概述（Redhat系|Debian系）Linux，最早由Linus Benedict Torvalds在1991年开始编写。
在这之前，Richard Stallman 创建了Free Software Foundation（FSF）组织以及GNU项目，并不断的编写创建GNU 程序（此类程序的许可方式均为GPL: General Public License）。
在不断的有杰出的程序员和开发者加入到GNU组织中后，便造就了今天我们所看到的Linux，或称GNU/Linux。
Linux的发行版本可以大体分为两类，一类是商业公司维护的发行版本，一类是社区组织维护的发行版本前者以著名的Redhat（RHEL）为代表，后者以Debian为代表。
Linux 发行版：Redhat，应该称为Redhat系列，包括RHEL(Redhat Enterprise Linux，也就是所谓的Redhat Advance Server，收费版本)、Fedora Core(由原来的Redhat桌面版本发展而来，免费版本)、CentOS(RHEL的社区克隆版本，免费)。
Redhat应该说是在国内使用人群最多的Linux 版本，甚至有人将Redhat等同于Linux，而有些老鸟更是只用这一个版本的Linux。
所以这个版本的特点就是使用人群数量大，资料非常多，言下之意就是如果你有什么不明白的地方，很容易找到人来问，而且网上的一般Linux教程都是以Redhat为例来讲解的。
Redhat系列的包管理方式采用的是基于RPM包的YUM包管理方式，包分发方式是编译好的二进制文件。
稳定性方面RHEL和CentOS的稳定性非常好，适合于服务器使用，但是Fedora Core 的稳定性较差，最好只用于桌面应用。
Debian，或者称Debian系列，包括Debian和Ubuntu等。
Debian是社区类Linux的典范，是迄今为止最遵循GNU规范的Linux系统。
几种嵌入式实时操作系统的分析与比较
⼏种嵌⼊式实时操作系统的分析与⽐较VxWorks、µClinux、µC／OS-II和eCos是4种性能优良并被⼴泛应⽤的实时操作系统。
本⽂通过对这4种操作系统的主要性能进⾏分析与⽐较，归纳出它们的选型依据和适⽤领域。
1 4种操作系统的介绍(1)VxWorksVxWorks是美国WindRiver公司的产品，是⽬前嵌⼊式系统领域中应⽤很⼴泛，市场占有率⽐较⾼的嵌⼊式操作系统。
VxWorks实时操作系统由400多个相对独⽴、短⼩精悍的⽬标模块组成，⽤户可根据需要选择适当的模块来裁剪和配置系统；提供基于优先级的任务调度、任务间同步与通信、中断处理、定时器和内存管理等功能，内建符合POSIX(可移植操作系统接⼝)规范的内存管理，以及多处理器控制程序；并且具有简明易懂的⽤户接⼝，在核⼼⽅⾯甚⾄町以微缩到8 KB。
(2) µC／OS-IIµC／OS-II是在µC-OS的基础上发展起来的，是美国嵌⼊式系统专家Jean J．Labrosse⽤C语⾔编写的⼀个结构⼩巧、抢占式的多任务实时内核。
µC／OS-II 能管理64个任务，并提供任务调度与管理、内存管理、任务间同步与通信、时间管理和中断服务等功能，具有执⾏效率⾼、占⽤空间⼩、实时性能优良和可扩展性强等特点。
(3)µClinuxµClinux是⼀种优秀的嵌⼊式Linux版本，其全称为micro-control Linux，从字⾯意思看是指微控制Linux。
同标准的Linux相⽐，µClinux的内核⾮常⼩，但是它仍然继承了Linux操作系统的主要特性，包括良好的稳定性和移植性、强⼤的⽹络功能、出⾊的⽂件系统⽀持、标准丰富的API，以及TCP／IP⽹络协议等。
因为没有MMU内存管理单元，所以其多任务的实现需要⼀定技巧。
(4)eCoseCos(embedded Configurable operating system)，即嵌⼊式可配置操作系统。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
如何选择Linux的版本
DIY－自己动手做一个满足需要的Linux版 本 选择商用Linux版本
授权和涉及到的授权
是否满足你的需要，是否有合适的开发工具 是否能够提供足够的支持 信誉 文档
11
嵌入式Linux发展现状
RT-Linux RT-Linux是利用Linux进行实时系统开发比较早 的尝试，是一种硬实时操作系统。目前RT-Linux已成 功应用于航天飞机的空间数据采集、科学仪器测控， 以及电影特技图像处理等众多领域。 RT-Linux的原理是采用双内核机构，即将Linux 的内核代码进行少量修改，将Linux任务以及Linux内 核本身作为实时内核的一个优先级最低的任务，即实 时任务优先级高于普通Linux任务，即在实时任务存 在的情况下运行实时任务，否则才运行Linux本身的 任务。实时任务不同于Linux普通进程，它是以Linux 的内核模块(Linux Loadable KernelModule，LKM) 的形式存在的。需要运行实时任务的时候，将这个实 时任务的内核模块插入到内核中去。实时任务和 Linux一般进程之间的通信通过共享内存或者FIFO通 12 道来实现。
开放性
开放性是指系统遵循世界标准规范，特别是遵循开放系统互连
（OSI）国际标准。
多用户
多用户是指系统资源可以被不同用户各自拥有使用，即每个用户
对自己的资源（例如：文件、设备）有特定的权限，互不影响。
多任务
多任务是现代计算机的最主要的一个特点。它是指计算机同时执
行多个程序，而且各个程序的运行互相独立。 Linux系统调度每 一个进程平等地访问微处理器。
良好的用户界面
Linux向用户提供了两种界面：用户界面和系统调用。 用户界面可分为基于文本的命令行界面和图形界面，作为人机交
互界面。 系统调用给用户提供编程时使用的界面。用户可以在编程时直接 使用系统提供的系统调用命令。 7
Linux的主要特点
设备独立性
指操作系统把所有外部设备统一当作成文件来看待，
9
Linux的版本
内核版本与发型版本
操作系统的内核版本指的是在Linus本人
领导下的开发小组开发出的系统内核的 版本号,如2.4.x,2.6.x。 有一些组织或商业厂家, 将Linux系统的 内核与外围应用软件和文档包装起来, 并 提供一些系统安装界面和系统设定与管 理工具, 这样就构成了一个发行版本，如 RedHat、Debian 。
第一部分 Linux系统概述
1
概要
Linux定义 Linux种类
Linux优势
如何选择linux版本
Linux 内核简介
2
Linux的定义
Linux一般是指Linux内核、Linux系统、Li nux发行版。 严格意义上说Linux是指由Linus Torvalds维护的并发布 的内核。它的代码基只包括内核而不包括其它方面的应 用。内核提供系统核心服务，如进程管理，进程的调度， 虚拟文件系统，内存的管理等等。 嵌入式Linux，一般是指把Linux内核移植到一个专用嵌 入式设备的CPU和主板上。现在有很多公司提供嵌入式 Linux解决方案。通常包括一个移植的内核、嵌入式 Linux的开发工具以及根据应用需要裁减的应用程序等， 有时还提供实时扩展的内核。就大部分而言，嵌入式 Linux和桌面Linux提供的API函数和内核源代码都是相 同的。开发工具主要包括源码浏览器、交叉编译器、调 试器、CVS等项目管理软件等等。这些工具一般都是装 在主机上。
可移植性是指将操作系统从一个平台转移到另一个平
台使它仍然能按其自身的方式运行的能力。
8
嵌入式Linux优势
Linux的费用低； Linux的所有部分可以充分地定制 ； Linux可以运行在低档，便宜的硬件平台； Linux的功能是强大的； Linux对源代码质量有一个高标准； Linux内核非常小，而且紧凑； Linux有很好的支持； Linux有很多合适的工具；
3
嵌入式Linux种类
嵌入式系统的划分一般是根据使用对象进行划分， 消费类电子、工控设备等。为了更好的理解所设 计的系统，可以按照尺寸，时间约束，网络，用 户交互程度等因素划分。 尺寸：小系统，中等系统，大系统
小系统－CPU的性能比较低，ROM<2MB RAM<4MB 中系统－CPU的性能中等，ROM32MB RAM64MB左
5
MMU
实现虚拟存储空间
即将虚拟存储空间影射到实际物理存储空间。使编程 人员不用考虑具体程序所放在物理存储空间的具体位 置和程序的大小。
存储器访问权限的控制
任务间通讯，对自己的内存、堆栈等进行保护，只能 通过管道、信号量、共享内存等方式进行通讯。
控制Cache 。
6
Linux的主要特点
RT-Linux的工作原理图
13
uClinux
控制领域中的linux系统。 它包含linux常用的API，内核小于512K，保留了linux原有 的高稳定性、强大的网络功能和卓越的文件系统支持功能等 优点。目前已支持的CPU芯片有，Motorola公司的68K系列、 PowerPC系列以及ARM公司的系列芯片。官方网站， 。 uClinux最大特点就是不支持MMU。 uClinux系统对内存的 访问是直接的，即不需要经过MMU，直接将地址发送到地 址线上，所有程序访问的都是实际的物理地址，这样一方面 减小了内核的体积，另一方面又增强了系统的实时性能。但 内存空间得不到保护，对于应用开发者来说，必须明白自己 程序运行的位置，以及保证不会破坏其它程序运行空间以及 系统的稳定。 uClinux也可以使用RT-Linux的实时补丁，以增强其实时性。
右 大系统－CPU性能高，存储量大
时间约束：实时，非实时 网络连接性 用户交互4Fra bibliotek入式Linux种类
是否支持MMU
不支持MMU：ucLinux，主要应用在ARM7系
列微处理系统中，如三星公司的S3C44B0， S3C4510等，无MMU，不支持虚地址，直接 访问内存，所有程序中访问的地址都是物理地 址。 支持MMU：嵌入式Linux，主要应用在ARM9 系列微处理器系统中，如三星公司的S3C2410， Intel公司的PXA255等。
只要安装它们的驱动程序，任何用户都可以象使用文 件一样，操纵、使用这些设备，而不必知道它们的具 体存在形式。
丰富的网络功能
完善的内置网络是Linux的一大特点。
可靠的系统安全
Linux采取了许多安全技术措施，包括对读、写进行
权限控制、带保护的子系统、审计跟踪、核心授权等。
良好的可移植性