Embedded Linux 技术与概念解析

引言

Embedded Linux技术基于开放源码的资源，并且已经是当今最重要的嵌入式应用技术之一。Embedded Linux是烧录在目标装置上的系统，1个Embedded Linux系统包含Linux kernel与 root filesystem 2大部分，Embedded Linux系统到底包含哪些组成要素构成，本文将由概念的层面进行解析。

本文

由于目前的目标装置，都必须嵌入极为复杂的功能，所以嵌入式操作系统(Embedded system)成为嵌入式系统不可或缺的要素。由于嵌入式系统是功能导向的系统，因此必须设计、选择或购买正确(或适合)的目标装置，才能开始实作并嵌入嵌入式系统。因此，嵌入式系统技术是以功能、与目标装置为分类的1种技术。

例如，与PDA相关的目标装置(即硬件)、与MP3播放器相关的目标装置、与3G手机相关的目标装置...等等;使用这些目标装置所开发的特定功能系统，便是PDA的嵌入式系统、MP3音乐播放的嵌入式系统、3G手机的嵌入式系统。

Embedded Linux其实并不是1个操作系统，而是代表应用Linux系统于Embedded system的名词。Embedded Linux的技术核心主轴是在研究如何将Linux系统嵌入至嵌入式目标装置里。

Embedded Linux是基于Linux系统的特殊应用，当然也要符合众多标准才行。LSB与FHS标准是重要的2大标准，跟随标准不但可以提供系统间的兼容性，也可以提供我们1个Linux系统的建构依据。

GNU/Linux的2个标准

由FSG (Free Standards Group) 所主持的 LSB (Linux Standard Base) 项目即是在制定 GNU/Linux 标准。根据LSB标准所发展的GNU/Linux系统，才能提供应用程序最小的可执行环境，并且可在依循LSB标准的Linux distributions上执行无误。例如，我们可以在符合LSB标准的Red Hat Linux上发展应用程序，只要自行发展的Embedded Linux系统符合LSB标准所订定的规范，应用程序就可以顺利移植到Embedded Linux上执行。

LSB标准提供我们发展Embedded Linux的依据，虽然Embedded Linux系统是最小化的Linux，但因为Embedded Linux是嵌入式系统的软件平台，所以我们不能任意精简Linux系统，在精简的过程中仍要保留最基本的操作系统环境，而LSB的标准正是在制定这些基本的需求。

FHS全名为Filesystem Hierarchy Standard，是定义档案与目录标准的文件，FHS的标准，定义了目录与档案的摆放位置，而UNIX-like的系统则是根据这个标准，管理整个档案结构。因此，不管是系统厂商、Linux/UNIX distribution发展者、应用程序作者、套件管理者、系统维护人员都应该要依照FHS的标准来管理UNIX系统的目录与档案。

Embedded Linux的特色是大量使用自由软件、与开放源码软件(FOSS- Free Open Source Softwar)资源，任何你想要的软件，几乎都能在网络上找到自由软件已经成为Embedded Linux技术的重要支柱。自由软件资源包山包海，举凡应用程序、系统工具、网络工具、链接库、图形接口、小型浏览器、程序发展工具...等等都能找得到。

Busybox

Busybox是重要的Embedded Linux工具箱，这个工具箱提供基本的UNIX指令、系统程序(daemon)与开机程序(init process)。Busybox用来建造1个基本、最小化且可开机的Linux系统，由于Busybox里的指令与工具都经过最小化处理，因此已经是目前主要应用在Embedded Linux实作上的开放源码项目了。

Embedded Linux的组成

图 Embedded Linux整体架构

Embedded Linux平台除了Linux kernel外，还包含共享链接库(shared library)。shared libraries是Linux kernel的重要支持，并且也是Linux架构里独立的1层。在应用程序方面，许多现存的开放源码项目都可以直接移植到ARM9平台。但这里所指的移植是对原始码进行跨平台编译(cross compile)，并不是BSP(board support package)的移植。

跨平台编译

因为开放源码开发工具的特性，在应用程序级别的移植工具上，可以有1套比较系统化的方法，也有相关的工具与环境可以使用，目前最热门的跨平台编译环境为OpenEmbedded。开放源码软件采用GNU Autoconf与GNU Automake来撰写编译法则(Makefile)，因此实务上，要将应用程序移植到ARM9平台，大部分案例只需要做跨平台编译即可。要了解如何将原始码移植到ARM9平台，需要学会GNU Autoconf以及GNU Automake的使用。

GNU Autoconf

Autoconf是m4宏的扩充套件，可以用来自动设定软件套件的原始码。Autoconf会产生1个协助程序编译的设定文稿执行档(configuration script)，以方便编译原始码前进行系统检查与设定，使用GNU Autoconf时，必须安装GNU m4套件。

GNU Automake

Automake是自动产生Makefile.in的工具，需配合Autoconf使用，以产生可以让GNU Make自动编译原始码的”Makefile”档案。

GNU Make

GNU Make会根据“Makefile”来自动编译程序，而编译完成的程序为执行文件。GNU Make的重要特点，是没有特定程序语言限制，甚至可以应用在非程序语言编译的环境中，例如：系统维护工作与套件安装，因此GNU Make可以说是系统自动化的好工具。

GNU Make根据“Makefile”档案里所定义的规则，执行Unix命令，简单的Makefile规格，可以利用编辑器手动撰写，但较复杂且与针对不同平台的设定，则建议采用GNU Autoconf/GNU Automake来产生“Makefile”。当我们能够产生使用cross toolchain的Makefile时，就可以将套件编译成ARM9的执行档。

ARM 平台的选择与支持

嵌入式装置的硬件选择当然没有所谓的标准，但若是谈论到嵌入式Linux的应用，在平台的选择上就会有一些考虑。最重要的考虑因素，当然就是处理器对于操作系统的支持，如此一来，没有MMU(内存管理单元)的ARM7平台，就不在主要的选择范围内。以下列出几个目前普遍使用的ARM9应用程序处理器(application processor)：