Linux嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)選型解析

1 嵌入式系統(tǒng)與Linux
　　按照電氣工程師協(xié)會(huì)的一個(gè)定義：嵌入式系統(tǒng)是用來控制或監(jiān)視機(jī)器、裝置或工廠等的大規(guī)模系統(tǒng)的設(shè)備。具體說來，它是電腦軟件和硬件的綜合體；是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁減，從而能夠適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用中對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。一般來說，嵌入式系統(tǒng)不能使用通用型計(jì)算機(jī)，而且運(yùn)行的是固化的軟件，終端用戶很難或者不可能改變固件。而Linux也早已成為IT界家喻戶曉的一個(gè)名字。概括說來，將Linux應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)有如下一些優(yōu)點(diǎn)：
　　① Linux自身具備一整套工具鏈，容易自行建立嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和交叉運(yùn)行環(huán)境，并且可以跨越在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中仿真工具（ICE）的障礙。
　?、?內(nèi)核的完全開放，使得可以自己設(shè)計(jì)和開發(fā)出真正的硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)；對(duì)于軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)，在Linux中也容易得到實(shí)現(xiàn)。
　?、?強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持，使得可以利用Linux的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧將其開發(fā)成為嵌入式的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。
　　2 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程
　　按照嵌入式系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法，嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以分成三個(gè)階段：分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。分析階段是確定要解決的問題及需要完成的目標(biāo)，也常常被稱為“需求階段”；設(shè)計(jì)階段主要是解決如何在給定的約束條件下完成用戶的要求；實(shí)現(xiàn)階段主要是解決如何在所選擇的硬件和軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行整個(gè)軟、硬件系統(tǒng)的協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)。在分析階段結(jié)束后，通常開發(fā)者面臨的一個(gè)棘手的問題就是硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)的選擇，因?yàn)樗暮脡闹苯佑绊懼鴮?shí)現(xiàn)階段的任務(wù)完成。
　　通常硬件和軟件的選擇包括：處理器、硬件部件、操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言、軟件開發(fā)工具、硬件調(diào)試工具、軟件組件等。
　　在上述選擇中，通常，處理器是最重要的，同時(shí)操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言也是非常關(guān)鍵的。處理器的選擇往往同時(shí)會(huì)限制操作系統(tǒng)的選擇，操作系統(tǒng)的選擇又會(huì)限制開發(fā)工具的選擇 。
　　3 硬件平臺(tái)的選擇
　　3.1 處理器的選擇
　　嵌入式系統(tǒng)的核心部件是各種類型的嵌入式處理器。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全世界嵌入式處理器的品種總量已經(jīng)超過1000多種，流行體系結(jié)構(gòu)有30幾個(gè)系列。但與全球IC市場(chǎng)不同的是，沒有一種微處理器和微處理器公司可以主導(dǎo)嵌入式系統(tǒng)，僅以32位的CPU而言，就有100種以上嵌入式微處理器。由于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的差異性極大，因此選擇是多樣化的。
　　調(diào)查上市的CPU供應(yīng)商，有些公司如Motorola、Intel、AMD很有名氣，而有一些小的公司，如QED（Santa Clara.CA）雖然名氣很小，但也生產(chǎn)很優(yōu)秀的微處理器。另外，有一些公司，如ARM、MIPS等，只設(shè)計(jì)但并不生產(chǎn)CPU，他們把生產(chǎn)權(quán)授予世界各地的半導(dǎo)體制造商。ARM是近年來在嵌入式系統(tǒng)有影響力的微處理器制造商，ARM的設(shè)計(jì)非常適用于小的電源供電系統(tǒng)。Apple在Newton手持計(jì)算機(jī)中使用ARM，另外有幾款數(shù)字無線電話也在使用ARM。
　　設(shè)計(jì)者在選擇處理器時(shí)要考慮的主要因素有：
　?、?處理性能。一個(gè)處理器的性能取決于多個(gè)方面的因素，如時(shí)鐘頻率，內(nèi)部寄存器的大小，指令是否對(duì)等處理所有的寄存器等。對(duì)于許多需用處理器的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，目標(biāo)不是在于挑選速度最快的處理器，而是在于選取能夠完成作業(yè)的處理器和I/O子系統(tǒng)。如果是面向高性能的應(yīng)用設(shè)計(jì)，那么建議考慮某些新的處理器，其價(jià)格相對(duì)低廉，如IBM和Motorola Power PC。
　?、?技術(shù)指標(biāo)。當(dāng)前，許多嵌入式處理器都集成了外圍設(shè)備的功能，減少了芯片的數(shù)量，降低了整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)費(fèi)用。開發(fā)人員首先考慮的是，系統(tǒng)所要求的一些硬件能否無需過多的膠合邏輯（GL，Glue Logic）就可以連接到處理器上。其次是考慮該處理器的一些支持芯片，如DMA控制器，內(nèi)存管理器，中斷控制器，串行設(shè)備、時(shí)鐘等的配套。
　?、?功耗。嵌入式微處理器最大并且增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)是手持設(shè)備、電子記事本、PDA、手機(jī)、GPS導(dǎo)航器、智能家電等消費(fèi)類電子產(chǎn)品。這些產(chǎn)品中選購(gòu)的微處理器，典型的特點(diǎn)是要求高性能、低功耗。許多CPU生產(chǎn)廠家已經(jīng)進(jìn)入了這個(gè)領(lǐng)域。今天，用戶可以買到一顆嵌入式的微處理器，其速度像筆記本中的Pentium一樣快；而它僅使用普通電池供電即可，并且價(jià)格很便宜。如果用于工業(yè)控制，則對(duì)這方面的考慮較弱。
　　④ 軟件支持工具。僅有一個(gè)處理器，沒有較好的軟件開發(fā)工具的支持也是不行的，因此選擇合適的軟件開發(fā)工具對(duì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)會(huì)起到很好的作用。
　?、?是否內(nèi)置調(diào)試工具。處理器如果內(nèi)置調(diào)試工具可以大大縮小調(diào)試周期，降低調(diào)試的難度。
　?、?供應(yīng)商是否提供評(píng)估板。許多處理器供應(yīng)商可以提供評(píng)估板來驗(yàn)證理論是否正確，決策是否得當(dāng)。
　　3.2 硬件部件選擇的其它因素
　?、?和制備硬件，這樣可以降低成本。反之，最好從第三方購(gòu)買主板和I/O板卡。
　?、?開發(fā)的市場(chǎng)目標(biāo)。如果想使產(chǎn)品盡快發(fā)售，以獲得競(jìng)爭(zhēng)力，此時(shí)要盡可能買成熟的硬件；反之，可以自己設(shè)計(jì)硬件，降低成本。
　　③ 軟件對(duì)硬件的依賴性。軟件是否可以在硬件沒有到位的時(shí)候并行設(shè)計(jì)或先行開發(fā)。
　?、?只要可能，盡量選擇使用普通的硬件。在 CPU 及架構(gòu)的選擇上，一個(gè)原則是：只要有可替代的方案，盡量不要選擇 Linux 尚不支持的硬件平臺(tái)。
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