嵌入式系统的调试方法一般为通过PC(宿主机)上的集成开发环境交叉编译针对特定电路板(目标机)的程序,然后将程序通过目标板的JTAG、串口或网口等途径下载到目标板上运行。因此,为了构造一个嵌入式系统的学习环境,拥有一块包含CPU、存储器及I/O电路的目标电路板往往是必要的。虽然许多集成开发环境附带模拟软件,但仅限于指令集的模拟,均无法模拟物理的目标机硬件平台,因而在其上只能进行应用程序的象征性模拟开发。但是,并非所有人都能拥有一块物理的电路板。
设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口,它为应用程序屏蔽硬件的细节,一般来说,Linux的设备驱动程序需要完成如下功能:(1)初始化设备;(2)提供各类设备服务;(3)负责内核和设备之间的数据交换;(4)检测和处理设备工作过程中出现的错误。
笔者曾经在《基于嵌入式操作系统VxWorks的多任务并发程序设计》(《软件报》2006年第5~12期)中详细叙述了进程和线程的区别,并曾经说明Linux是一种“多进程单线程”的操作系统。Linux本身只有进程的概念,而其所谓的“线程”本质上在内核里仍然是进程。大家知道,进程是资源分配的单位,同一进程中的多个线程共享该进程的资源(如作为共享内存的全局变量)。Linux中所谓的“线程”只是在被创建的时候“克隆”(clone)了父进程的资源,因此,clone出来的进程表现为“线程”,这一点一定要弄清楚。因此,Linux“线程”这个概念只有在打冒号的情况下才是最准确的,可惜的是几乎没有书籍留心去强调这一点。
Linux进程在内存中包含三部分数据:代码段、堆栈段和数据段。代码段存放了程序的代码。代码段可以为机器中运行同一程序的数个进程共享。堆栈段存放的是子程序(函数)的返回地址、子程序的参数及程序的局部变量。而数据段则存放程序的全局变量、常数以及动态数据分配的数据空间(比如用malloc函数申请的内存)。与代码段不同,如果系统中同时运行多个相同的程序,它们不能使用同一堆栈段和数据段。
Linux支持多种文件系统,如ext、ext2、minix、iso9660、msdos、fat、vfat、nfs等。在这些具体文件系统的上层,Linux提供了虚拟文件系统(VFS)来统一它们的行为,虚拟文件系统为不同的文件系统与内核的通信提供了一致的接口。
Linux操作系统在服务器领域的应用和普及已经有较长的历史,这源于它的开源特点以及其超越Windows的安全性和稳定性。而近年来,Linux操作系统在嵌入式系统领域的延伸也可谓是如日中天,许多版本的嵌入式Linux系统被开发出来,如ucLinux、RTLinux、ARM-Linux等等。在嵌入式操作系统方面,Linux的地位是不容怀疑的,它开源、它包含TCP/IP协议栈、它易集成GUI。
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