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主流嵌入式Linux動態(tài)擴(kuò)展技術(shù)比較分析

云知道

摘要：隨著嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展和嵌入式設(shè)備的普及，嵌入式應(yīng)用發(fā)展的一個關(guān)鍵趨勢是從靜態(tài)的、固定的系統(tǒng)功能到動態(tài)的、可擴(kuò)展的系統(tǒng)功能 。本文主要進(jìn)行嵌入式Linux系統(tǒng)內(nèi)核動態(tài)擴(kuò)展技術(shù)的討論 。首先，介紹嵌入式Linux系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r和研究嵌入式Linux動態(tài)擴(kuò)展性的意義 。然后，討論目前幾種主要的核心動態(tài)擴(kuò)展技術(shù)，以及各種技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)上的優(yōu)缺點(diǎn) 。最后，分析嵌入式Linux動態(tài)擴(kuò)展性研究所面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢 。

關(guān)鍵詞：嵌入式Linux 內(nèi)核動態(tài)擴(kuò)展 LKM
引 言
嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、微電子技術(shù)、語音圖像數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)和具體應(yīng)用對象相結(jié)合后的更新?lián)Q代產(chǎn)品 。系統(tǒng)無多余軟件，硬件亦無多余存儲器，可靠性高，成本低，體積小，功耗少；可應(yīng)用于家電、工業(yè)、通信、國防等領(lǐng)域 。其產(chǎn)品形態(tài)豐富多樣，市場潛力巨大 。
【主流嵌入式Linux動態(tài)擴(kuò)展技術(shù)比較分析】嵌入式Linux的出現(xiàn)，給整個嵌入式世界帶來了無限生機(jī) 。Linux具有內(nèi)核可裁剪、效率高、穩(wěn)定性好、移植性好、源代碼開放等優(yōu)點(diǎn)，還內(nèi)含了完整的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，很適合在嵌入式領(lǐng)域應(yīng)用 。與傳統(tǒng)的實(shí)時操作系統(tǒng)（RTOS）相比，采用嵌入式Linux這樣開放源碼的操作系統(tǒng)的另外一個好處是，Linux開發(fā)團(tuán)體看來會比RTOS的供應(yīng)商更快地支持新的IP協(xié)議和其他協(xié)議 。例如，用于Linux的設(shè)備驅(qū)動程序要比用于商業(yè)操作系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動程序多 。因此，越來越多的公司和個人正在把Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)的首選 。
嵌入式系統(tǒng)由于其工作環(huán)境、位置分布、與應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)合方式等方面的原因，在系統(tǒng)的升級、修改方面存在著相當(dāng)?shù)睦щy，且費(fèi)用高 。目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核只能在一定程度上進(jìn)行靜態(tài)擴(kuò)展，這意味著修改某些內(nèi)核屬性值后要重新編譯內(nèi)核，對普通用戶而言難以實(shí)現(xiàn) 。通信的發(fā)展使得嵌入式操作系統(tǒng)的動態(tài)擴(kuò)展成為可能，可以在遠(yuǎn)程控制的基礎(chǔ)上增加嵌入式系統(tǒng)的靈活性，延長嵌入式系統(tǒng)的壽命；同時，由于嵌入式Linux的應(yīng)用日益廣泛，研究嵌入式Linux的動態(tài)擴(kuò)展具有重要意義 。
動態(tài)擴(kuò)展是指系統(tǒng)在運(yùn)行狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的升級和維護(hù) 。動態(tài)擴(kuò)展技術(shù)目前被廣泛應(yīng)用在軟件系統(tǒng)開發(fā)的各個領(lǐng)域 。組件、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、主動網(wǎng)等多種技術(shù)都是動態(tài)擴(kuò)展技術(shù)在各個領(lǐng)域的具體體現(xiàn) 。在嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域，動態(tài)擴(kuò)展技術(shù)研究的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)內(nèi)核抽象的擴(kuò)展 。實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)內(nèi)核抽象的動態(tài)擴(kuò)展能夠提高系統(tǒng)的靈活性、適應(yīng)性，使系統(tǒng)能夠根據(jù)應(yīng)用的需求，提供特定的服務(wù) 。然而，由于嵌入式系統(tǒng)硬件資源有限，這對研究嵌入式Linux系統(tǒng)核心的動態(tài)擴(kuò)展性是一個極大的挑戰(zhàn) 。
本文主要討論嵌入式Linux系統(tǒng)中內(nèi)核抽象的動態(tài)擴(kuò)展技術(shù) 。
1、幾種主要的內(nèi)核動態(tài)擴(kuò)展技術(shù)的分析
當(dāng)前應(yīng)用于操作系統(tǒng)中的動態(tài)擴(kuò)展技術(shù)主要有四種:微內(nèi)核技術(shù)、可擴(kuò)展內(nèi)核技術(shù)、解釋器技術(shù)/JOS技術(shù)和內(nèi)核下載技術(shù)/LKM技術(shù)[1,2] 。這三種技術(shù)已經(jīng)在桌面操作系統(tǒng)的不同環(huán)境中得到了充分的應(yīng)用 。嵌入式操作系統(tǒng)及其使用環(huán)境具有桌面操作系統(tǒng)所不同的特征，它在性能、地址空間、所需存儲空間和底層訪問頻率等方面的特征，使得我們在擴(kuò)展技術(shù)的選擇上需要加以權(quán)衡 。
（1） 微內(nèi)核技術(shù)
在微內(nèi)核操作系統(tǒng)中，內(nèi)核中包括了一些基本內(nèi)核功能（如創(chuàng)建和刪除任務(wù)、任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理和中斷處理等），部分操作系統(tǒng)抽象和關(guān)鍵服務(wù)（如文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧等），都是在用戶空間運(yùn)行的 。這大大減小了內(nèi)核的體積，同時也極大地方便了整個系統(tǒng)的升級、維護(hù)和移植 。系統(tǒng)通過核心到用戶層向上調(diào)用服務(wù)的方法來為應(yīng)用程序提供服務(wù) 。由于服務(wù)存在于用戶層，用戶可通過修改服務(wù)來獲得不同的行為，因而也稱為用戶層擴(kuò)展技術(shù) 。由于所有的應(yīng)用程序都要利用操作系統(tǒng)提供的API或系統(tǒng)調(diào)用，完成內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、I/O、設(shè)備管理等，因此通過在用戶空間監(jiān)視并截獲某個進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用，然后將擴(kuò)展功能代碼插入系統(tǒng)調(diào)用中，就可以擴(kuò)展Linux操作系統(tǒng)功能 。

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