嵌入式linux在工业控制领域中的应用

（１）内核的精简

标准Ｌｉｎｕｘ是面向ＰＣ的，它集成了许多ＰＣ所需要而嵌入式系统并不需要的功能。因此，对一些可独立加上或卸下的功能块，可在编译内核时，仅保留嵌入式系统所需的功能模块，而删除不需要的功能块。这样，重新编译过的内核就会显著减小。

（２）虚拟内存机制的屏蔽

经过分析发现，虚拟内存是导致Ｌｉｎｕｘ实时性不强的原因之一。在工业控制中，一些任务要满足一定的实时性要求，屏蔽内核的虚拟内存管理机制可以增强Ｌｉｎｕｘ的实时性。当要更改内核的某项机制时，一般不必大规模地写代码，可采用条件编译的方法。同时由于ｌｉｎｕｘ系统对应用进程采用的是公平的时间分配调度算法，但这一算法也不能保证系统的实时性要求，因此要求对其进行更改。更改途径有两种：一是通过ＰＯＳＩＸ，二是通过底层编程。笔者是通过ｌｉｎｕｘ的实时有名管道（ＦＩＦＯ）的特殊队列来处理实时任务的先后顺序。实际上，实时有名管道就象实时任务一样从不换页，因而可以大大减少由于内存翻页而造成的不确定延时。

图３给出了Ｌｉｎｕｘ的工作原理框图。

（３）设备驱动程序的编写

确定了内核的基本功能后，就要为特定的设备编写驱动程序，可按照在Ｌｉｎｕｘ下编写驱动程序的规则进行编写。编写的设备驱动程序应当具有以下功能：

●对设备进行初始化和释放；

●完成数据从内核到硬件设备的传送和从硬件读取数据两项功能；

●读取应用程序传递给设备文件的数据以及回送应用程序请求的数据；

●检测和处理设备出现的错误。

（４）开发基于闪存的文件系统ＪＦＦＳ

应用程序和重要数据通常以文件的形式被存放在闪存文件系统中。ＪＦＦＳ２ 文件系统是日志结构化的，这意味着它基本上是一长列节点。每个节点包含着有关文件的部分信息。ＪＦＦＳ２ 是专门为象闪存芯片那样的嵌入式设备创建的，所以它的整个设计提供了更好的闪存管理，因而具有其它文件系统不可比拟的优点。具体如下：

●ＪＦＦＳ２ 在扇区级别上执行闪存擦除／写／读操作要比 Ｅｘｔ２ 文件系统好。

●ＪＦＦＳ２ 提供了比 Ｅｘｔ２ｆｓ 更好的崩溃／掉电安全保护。当需要更改少量数据时，Ｅｘｔ２ 文件系统会将整个扇区复制到内存（ＤＲＡＭ）中，并在内存中合并成新数据再写回整个扇区。而ＪＦＦＳ２则可以随时更改需要的（不是重写）整个扇区，同时还具有崩溃／掉电安全保护功能。

实现上述几个步骤后，一个小型的Ｌｉｎｕｘ操作系统就构造完成了。构造后的Ｌｉｎｕｘ包括进程管理、内存管理和文件管理等三部分。它支持多任务并行，有完整的ＴＣＰ／ＩＰ协议，同时Ｌｉｎｕｘ内建有对以太网控制器的支持，可以通过以太网口连到以太网上，以实现远程配置与监控。

将裁剪好的内核移植到所用的目标板上时，首先应将内核编译成针对该处理器的目标代码。由于不同硬件体系的移植启动代码会有所不同，因此，一些内核程序可能要改写。涉及到编写Ｌｉｎｕｘ的引导代码和修改与体系结构相关部分的代码主要是启动引导、内存管理和中断处理部分。将Ｍ－Ｓｙｓｔｅｍ公司的ＤＯＣ２０００作为系统的启动设备时，引导代码可以放在ＤＯＣ上。这样?系统加电后，引导代码即可进行基本的硬件初始化，然后把内核映象装入内存并运行,最后，再将调试好的内核和应用程序烧录到闪存中。由于此时裁剪后的Ｌｉｎｕｘ已成功移植到目标平台上,因此,在启动可运行的开发系统时,就可以根据具体的应用来开发应用程序。如数据采集模块、数据处理模块、通信和数据发布模块等等。

５　结束语

如今，互联网应用正在转到以嵌入式设备为中心，因此,用工控系统与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ相结合来实现网络化已是一种必然的趋势。而把嵌入式ｌｉｎｕｘ微处理器内核嵌入到基于ＳｔｒｏｎｇＡＲＭ ＳＡ１１１０ 的３２位ＭＣＵ系统中，然后通过构造ＴＣＰ／ＩＰ多种网络协议和基本网络通信协议，再利用嵌入式操作系统对底层硬件和网络协议的支持，以及对工控系统实时性要求的ｌｉｎ-ｕｘ内核和虚拟内存机制进行改造，即可保证测控任务完成的实时性和可靠性。可以预见，这种方案在工业控制领域具有很好的应用前景，而且具有开发周期短、系统性能稳定可靠、适应性强等特点。

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