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主流嵌入式Linux動態(tài)擴展技術比較分析( 三 )

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圖1

OS Portal的結(jié)構(gòu)通常，內(nèi)核動態(tài)加載模塊的時候，模塊的連接工作由內(nèi)核完成 。Chang DaWei的方法的獨特之處在于把模塊連接的工作交給服務器端執(zhí)行，不但降低了對內(nèi)存空間的需求，也減輕了內(nèi)核的負擔 。
2、其他相關研究
（1） 基于FPGA的可動態(tài)配置的片上系統(tǒng)
FPGA（Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列）是電子設計領域中最具活力和發(fā)展前途的一項技術 。FPGA能完成任何數(shù)字器件的功能，上至高性能CPU,下至簡單的74電路，都可以用它來實現(xiàn) 。FPGA在嵌入式系統(tǒng)中的應用越來越廣泛 。John Williams和Neil Bergmann[6]用uCLinux作為操作系統(tǒng)平臺，設計出可動態(tài)配置的片上系統(tǒng)（rSoC） 。uCLinux從遠程服務器上下載FPGA程序代碼，然后利用shell腳本工具將代碼寫進FPGA芯片，實現(xiàn)系統(tǒng)功能的可動態(tài)擴展 。
（2） 動態(tài)更新Linux內(nèi)核變量的方法
在進行Linux內(nèi)核嵌入式開發(fā)時，經(jīng)常使用內(nèi)核啟動過程中讀取靜態(tài)配置文件內(nèi)容的方法對內(nèi)核某些變量進行初始化 。當靜態(tài)配置文件改動時，只有重新啟動內(nèi)核才能使新的配置生效 。北京科技大學的田玉鳳等人[7]通過修改文件./include/linux/proc_fs.h，重新編譯、安裝新內(nèi)核后，利用/proc文件系統(tǒng)，可動態(tài)改變Linux內(nèi)核變量 。
（3） 在用戶空間擴展Linux操作系統(tǒng)功能的方法
與內(nèi)核空間功能擴展相比，在用戶空間擴展安全性更強，對Linux操作系統(tǒng)和應用程序更加透明 。魏東林、盧正鼎等人通過在用戶空間跟蹤截獲系統(tǒng)調(diào)用并更改系統(tǒng)調(diào)用的行為來達到擴展操作系統(tǒng)功能的目的[8] 。從本質(zhì)上來說，該方法和本文第1部分提到的可擴展內(nèi)核技術是一樣的 。
3、動態(tài)擴展技術面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢
（1） 高實時性是嵌入式系統(tǒng)的基本要求
由于Linux是一種通用操作系統(tǒng)，而不是一個真正的實時操作系統(tǒng)，內(nèi)核不支持事件優(yōu)先級和搶占實時特性（2003年底推出的Linux2.6內(nèi)核實現(xiàn)了一定程度上的可搶占性），所以，在進行嵌入式Linux系統(tǒng)動態(tài)擴展性研究開發(fā)時，首要的問題是擴展Linux的實時性能 。系統(tǒng)在進行動態(tài)擴展的過程中，如果擴展的過程時間太長，肯定會影響到系統(tǒng)的實時響應，所以要求擴展過程快速完成，例如基于LKM的內(nèi)核擴展機制 。如果模塊加載或替換的時間太長，在規(guī)定的時間內(nèi)不能完成，這對于嵌入式Linux的某些應用來說是不能接受的 。
（2） 資源有限性是嵌入式系統(tǒng)基本特征
嵌入式系統(tǒng)無多余軟件也無多余硬件存儲器，增加存儲空間意味著成本的上升 。在非常有限的存儲空間中要實現(xiàn)快速的內(nèi)核動態(tài)擴展，對研究人員來說是一個極大的挑戰(zhàn) 。在桌面PC世界，雖然已經(jīng)有很多動態(tài)擴展系統(tǒng)功能的方法，但在嵌入式世界很難實現(xiàn) 。例如Linux系統(tǒng)的LKM機制，若模塊加載過程不經(jīng)改造，在嵌入式Linux系統(tǒng)中是不能使用的 。
（3） 期待完善的集成開發(fā)環(huán)境
一個完整的嵌入式系統(tǒng)的集成開發(fā)環(huán)境一般需要編譯/連接器、內(nèi)核調(diào)試/跟蹤器和集成圖形界面開發(fā)平臺 。其中的集成圖形界面開發(fā)平臺包括編輯器、調(diào)試器、軟件仿真器和監(jiān)視器等 。在Linux系統(tǒng)中，具有功能強大的gcc編譯器工具鏈，使用了基于GNU的調(diào)試器gdb的遠程調(diào)試功能，一般由一臺客戶機運行調(diào)試程序調(diào)試宿主機運行的操作系統(tǒng)內(nèi)核；在使用遠程開發(fā)時還可以使用交叉平臺的方式，如在Windows平臺下的調(diào)試跟蹤器對Linux的宿主系統(tǒng)作調(diào)試 。但是，Linux在基于圖形界面的特定系統(tǒng)定制平臺的研究上，與Windows操作系統(tǒng)相比還存在差距 。因此，要使嵌入式Linux動態(tài)擴展的研究更加方便、快捷，整體集成開發(fā)環(huán)境還有待提高和完善 。

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