嵌入式 Linux 的基礎知識介紹

嵌入式Linux是Linux內核的改編版，用于嵌入式系統。嵌入式Linux最流行的例子是Android 操作系統。

但是，需要大量硬件資源來支持嵌入式 Linux，特別是如果它將部署在實時機器對機器 (M2M) 通信、機器人控制或復雜計時應用等用例中時. 這些資源至少包括支持以太網和其他基本接口的嵌入式硬件平臺（板卡或片上系統），以及用于容納操作系統、庫、文件系統、應用程序、引導加載程序、等等。

桌面 Linux 與嵌入式 Linux

嵌入式 Linux 是開源的、可修改的、用 C 編寫的。而桌面Linux或任何其他操作系統一樣，嵌入式 Linux 的作用是從底層處理器中抽象出用戶和應用程序，內存和其他硬件組件；為各種功能分配和交付系統資源；同時管理多個任務和應用程序等等。

盡管如此，如果您現在還沒有注意到，嵌入式 Linux 和傳統桌面 Linux 之間存在許多顯著差異。這些包括例如直接從閃存而不是硬盤啟動的能力。

下面提供了一張圖表，比較了嵌入式 Linux 和桌面 Linux 之間的一些主要差異。

嵌入式 Linux：交叉編譯器、庫和引導加載程序

由于嵌入式 Linux 是為特定應用程序設計的，因此在開始進行需要開源操作系統的系統設計時，工程師必須使用一些特定的開發工具。以下當然不是一個詳盡的列表，但一個好的起點是使用正確的庫、強大的交叉編譯器和與 Linux 內核配對的高效引導加載程序。

交叉編譯器

對于不熟悉的人來說，交叉編譯器是一種編譯器，它執行編寫的代碼，以便在編譯器所在的機器之外的其他機器上運行。例如，在您的 PC 或筆記本電腦上運行的交叉編譯器能夠生成為 Android 智能手機等嵌入式系統編寫的代碼。

嵌入式 Linux 系統需要交叉編譯器，因為這些設備通常沒有在本地編譯代碼所需的資源，因此必須在其他地方編譯然后交付給目標。

對于提供大小優化、支持控制處理的特性等功能的交叉編譯器，有多種選擇。但是這里列出了一些最常見的交叉編譯器：Buildroot、Crosstool-NG、Yocto。

C 庫

C 庫提供內核和應用程序之間的接口，因此必須是交叉編譯過程的一部分。嵌入式 Linux 系統中的任何程序，無論是用 python、java 還是其他語言編寫的，都必須在運行時調用 C 庫才能通過 Linux 內核訪問硬件資源。

下面是一些在嵌入式 Linux 系統中使用的流行 C 庫。

glibc – 標準的 GNU C 庫功能豐富，但代價是占用大量內存。它也沒有任何配置選項。

uClibc – “u”表示 uClibc 是一個小型的微控制器 C 庫，用于嵌入式系統。

musl – musl 也很小，在 RAM 和存儲量有限的系統中是一個不錯的選擇。

eglibc – eglibc 與 glibc 相同，但做了一些修改，使其更適合在嵌入式設備中使用，例如支持配置。

特定于應用程序的庫

嵌入式 Linux 內核的功能有限，因此需要特定的庫。下面列出了一些受歡迎的。

libgpiod –如今，標準命令行并不是與 Linux 設備文件交互的唯一方式。libgpiod 用于與 Linux 設備中的 GPIO 硬件交互。

libusb – libusb 是一個 C 庫，它從單一平臺為所有通用 USB 設備提供驅動程序。

Socket —Socket庫可連接網絡上的節點。

serdisplib – 該庫可以驅動多個顯示器，如 OLED、USB 顯示器或帶有內置控制器的顯示器。

Pigpio – Pigpio 庫可用于控制 Raspberry Pi GPIO。

opc-ua – opc-ua 協議是一種適用于時間敏感網絡的協議。

lockdev – 鎖定和解鎖設備

libxls – 該庫用于讀取和轉換 Excel 文件。

libstroke – 用于識別鼠標筆觸和手勢的庫。

libserialport – 在編寫使用串行端口的軟件時抽象操作系統特定的細節

hidapi – 用于與 USB 和藍牙 HID 設備通信的庫。乙肝

mjpg_streamer – 用于從一個或多個輸入捕獲 JPEG 幀并通過 IP 網絡流式傳輸它們

cheese —cheese 可以幫助您使用網絡攝像頭拍攝視頻、照片等。

Elisa – 它是一個簡單的音樂播放器，因此您可以播放任何音頻。

引導加載程序

引導加載程序是系統開機后運行的第一個代碼，它處理基本的硬件初始化并從可引導設備（如硬盤驅動器或 SD 卡或嵌入式 Linux 系統中的閃存）加載操作系統。一旦引導加載程序為 Linux 內核設置了可執行環境并且內核開始執行，就不再需要引導加載程序。

引導加載程序有各種形狀和大小，可以根據用戶或系統需求進行定制。事實上，一些嵌入式電路板帶有引導加載程序。

這里介紹了一些常用的引導加載程序及其支持的處理器架構。

這些是您可能每天使用的各種基于 Linux 的嵌入式系統背后的關鍵構建塊，您可能甚至不知道它們運行Linux，例如智能電視、無線路由器和網絡附加存儲設備。

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