【導(dǎo)讀】嵌入式系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)的維護(hù)與升級(jí)也變得日益重要。由于新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和對(duì)系統(tǒng)功能、性能等要求的不斷提高，開發(fā)者必須能夠針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)和維護(hù)，以延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用周期，改善系統(tǒng)性能，增強(qiáng)系統(tǒng)適應(yīng)性。
嵌入式系統(tǒng)的遠(yuǎn)程更新該如何進(jìn)行？
傳統(tǒng)的嵌入式升級(jí)方式通常由維護(hù)人員到達(dá)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行重新燒寫系統(tǒng)或者更換Flash存儲(chǔ)部件，當(dāng)設(shè)備數(shù)量龐大并且分布范圍廣泛時(shí)，這種升級(jí)維護(hù)方式的工作量將非常大，而且耗費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)、成本高。隨著嵌入式技術(shù)的迅速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的遠(yuǎn)程升級(jí)技術(shù)得到了快速發(fā)展。參考文獻(xiàn)提出了一種基于GPRS的嵌入式系統(tǒng)軟件的遠(yuǎn)程在線升級(jí)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)ARM嵌入式終端的系統(tǒng)軟件進(jìn)行在線升級(jí)。這種方法的不足在于無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)本身的遠(yuǎn)程升級(jí)。參考文獻(xiàn)實(shí)現(xiàn)了一種在Bootloader中實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)自動(dòng)升級(jí)的方法，這種方法是將映像文件存儲(chǔ)在CF卡中，系統(tǒng)重啟時(shí)Bootloader將檢測(cè)CF卡中的映像文件，讀取映像文件并燒寫到目標(biāo)板的Flash中，實(shí)現(xiàn)升級(jí)。如果終端的數(shù)量較大且分布廣泛，采用這種方法會(huì)增加很大的工作量。
本文針對(duì)嵌入式Linux操作系統(tǒng)提出了一種新的更新機(jī)制，并且基于ARM9微處理器和NAND Flash存儲(chǔ)器，對(duì)uboot和Linux內(nèi)核進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)了對(duì)嵌入式Linux系統(tǒng)的遠(yuǎn)程自動(dòng)更新。克服了傳統(tǒng)方法工作量大的缺點(diǎn)，具有操作簡(jiǎn)單、更新速度快的特點(diǎn)。
1.基本原理
1.1 總體結(jié)構(gòu)
支持遠(yuǎn)程自動(dòng)更新的嵌入式Linux系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，它可以分為嵌入式終端和遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)兩部分。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，嵌入式終端采用基于ARM9架構(gòu)的AT91RM9200微處理器，采用擴(kuò)展的32MB SDRAM，由2片16位數(shù)據(jù)寬度的SDRAM芯片HY57V281620并連而成，采用64MB NANDFla sh存儲(chǔ)芯片K9F1208，運(yùn)行嵌入式Linux系統(tǒng)。遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)選用PC機(jī)。嵌入式終端通過以太網(wǎng)連接到遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，管理人員可以通過telne t即可對(duì)各個(gè)嵌入式終端進(jìn)行監(jiān)控、管理和遠(yuǎn)程更新。
1.2 系統(tǒng)更新流程
本設(shè)計(jì)對(duì)uboot和Linux內(nèi)核進(jìn)行改造，使其支持YAFFS2文件系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)添加ftp、telnet等應(yīng)用服務(wù)。系統(tǒng)更新流程如圖2所示。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)管理人員可以通過telnet遠(yuǎn)程登錄到嵌入式終端進(jìn)行監(jiān)控和管理。當(dāng)需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更新時(shí)，通過遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的ftp客戶端登錄到嵌入式終端，將需要更新的內(nèi)核映像和文件系統(tǒng)上傳到NAND Flash。上傳完畢后對(duì)原有的內(nèi)核映像和文件系統(tǒng)進(jìn)行備份并重啟系統(tǒng)。系統(tǒng)重啟后uboot將NAND Flash中更新后的內(nèi)核映像和文件系統(tǒng)搬運(yùn)到SDRAM中，然后跳轉(zhuǎn)到SDRAM中啟動(dòng)Linux系統(tǒng)，掛載YAFFS2文件系統(tǒng)，啟動(dòng)各種應(yīng)用服務(wù)。
常見的嵌入式操作系統(tǒng)有哪些？
DOS
微軟一開始選用了派特森的Q-DOS “QUICK AND DISK OPERATING SYSTEM ”為基礎(chǔ)然后再擴(kuò)充功能而成 MS-DOS，主要是采用由IBM 提供的使用8088 微處理器的計(jì)算機(jī)作開發(fā)平臺(tái)，它是以16 字節(jié)單人單工操作系統(tǒng)，特別適合一些功能簡(jiǎn)單裝置使用。
Windows CE
雖然微軟 Windows 系統(tǒng)已經(jīng)稱霸了 PC Desktop 環(huán)境。但是對(duì)于嵌入式系統(tǒng)這塊大餅，微軟也是垂涎已久，桌上型的 Windows 桌業(yè)系統(tǒng)對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來說自然是太過于肥大的產(chǎn)物，于是微軟推出精簡(jiǎn)版的 Windows CE 作為進(jìn)攻嵌入式系統(tǒng)的主力。目前主要應(yīng)用于 PDA 上頭，但是跟微軟一系列 Windows 系統(tǒng)一般，Windows CE也承襲了原有的缺點(diǎn)：耗系統(tǒng)資源、不穩(wěn)定、效率不佳等等。毛病實(shí)在太多，后來將整個(gè)架構(gòu)重新改寫后推出 Windows CE 3.0 版，或稱為 Pocket PC。改版之后的確改進(jìn)了不少缺點(diǎn)。
Windows CE 可應(yīng)用于 PDA 、WebPAD、Thin Client等等。是采用 Windows CE 為操作系統(tǒng)的 SIMPad （西門子公司所有）。
Palm
由 Palm CompuTIng 公司的嵌入式操作系統(tǒng)，目前最大的應(yīng)用在 PDA ，是市場(chǎng)占有率最高的 PDA 操作系統(tǒng)，Palm 操作系統(tǒng)架構(gòu)非常簡(jiǎn)潔，因?yàn)樯偃チ撕芏喙δ埽鐑?nèi)存管理、多任務(wù)等等，使得 Palm 可以非常不耗系統(tǒng)資源，硬件需求低，連帶的整體耗電量便可壓縮到非常低，因此采用 Palm 操作系統(tǒng)的 PDA 都有待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
EPOC
由英國(guó)手持裝置大廠 Psion 所開發(fā)，常用于 PDA 與手機(jī)結(jié)合的場(chǎng)合。最有名的例子 Nokia 9110 系列手機(jī)，它就是采用 EPOC 系統(tǒng)。
著名的嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)
實(shí)時(shí)系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)里頭非常重要的一環(huán)，很多人都誤以為實(shí)時(shí)系統(tǒng)執(zhí)行速度非常快的系統(tǒng)，事實(shí)上不然，所謂實(shí)時(shí)代表的意義是『實(shí)時(shí)反應(yīng)』，一般多人多任務(wù)操作系統(tǒng)如：Windows 、 UNIX ，在上面執(zhí)行的軟件都一起分享 CPU ，因?yàn)?CPU 速度快，所以我們感覺好象可以同時(shí)執(zhí)行多支軟件，其實(shí)在系統(tǒng)內(nèi)部的同一時(shí)間內(nèi)都只有一個(gè)程序在執(zhí)行，每個(gè)軟件都必須排隊(duì)，而且規(guī)定只能用一小段時(shí)間后就要換下一位，但是因?yàn)?CPU 速度夠快，很快又可以被執(zhí)行到，所以人們感覺并不會(huì)很明顯軟件是一段一段在執(zhí)行。這是一般所謂的非實(shí)時(shí)性的操作系統(tǒng)運(yùn)作模式，而實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具有立即反應(yīng)而且不能讓出資源的特性，例如汽車的 ABS 煞車系統(tǒng)，如果不采用能夠立即反應(yīng)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，后果可就不堪設(shè)想。而這類的應(yīng)用多半多屬體積小、功能簡(jiǎn)單的地方，所以也算是嵌入式系統(tǒng)。 QNX 的 QNX OS 、WindRiver 的 VxWorks、Microware 的 OS9、pSOS 等等，都是有名的嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)公司。
Linux
Linux 不是都用來做服務(wù)器嗎？不然就是 Cluster，怎么會(huì)跟嵌入式系統(tǒng)扯上關(guān)系？不要懷疑，Linux 除了對(duì)伺服工作應(yīng)付自如外，嵌入式系統(tǒng)也難不倒 Linux。
那么究竟 Linux 有怎樣獨(dú)特的能耐，可以想變大就變大想縮小就縮小？又用 Linux 來發(fā)展嵌入式系統(tǒng)有什么優(yōu)點(diǎn)？請(qǐng)看底下介紹。
開放原始碼、模塊化設(shè)計(jì)
Linux 采用 GPL 授權(quán)，除了把原始碼公開以外，任何人都可以自由使用、修改、散布，而 Linux 核心本身采模塊化設(shè)計(jì)，讓人很容易增減功能，例如我的平臺(tái)并不需要藍(lán)芽的功能，我只要不把這項(xiàng)功能加入，有需要就加入，不需要就刪除，由于這樣的高的彈性，我們可以調(diào)校出最適合我們硬件平臺(tái)的核心出來。
相較于 Linux ，Windows 是走封閉原始碼路線，所以我們完全無法得知或修改它的核心部份。另外因?yàn)槭遣捎?GPL 授權(quán)自然就沒有什么權(quán)利金或保密協(xié)議的約束。
穩(wěn)定性夠
Linux 不屬于任何一家公司，但是它的開發(fā)人員卻是全世界最多的，每天在全球都有無數(shù)的人參與 Linux Kernel 的改進(jìn)、除錯(cuò)、測(cè)試，這樣嚴(yán)苛的條件造就了穩(wěn)定度高的 Linux 。
就因?yàn)槿绱耍琇inux 雖不是商業(yè)的產(chǎn)物但是品質(zhì)卻不遜于商業(yè)產(chǎn)品。
網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大
Linux 的架構(gòu)是參造 UNIX 系統(tǒng)而來，因此 Linux 也承襲了 UNIX 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。在這個(gè)每樣事情都講求網(wǎng)絡(luò)的時(shí)代下，只能說是 Linux 大放異彩 的年代。未來可能家里的電冰箱、冷氣、電視機(jī)都會(huì)連上網(wǎng)絡(luò)，如何增加這些家電的網(wǎng)絡(luò)功能，Linux 可以替他們辦到。
跨平臺(tái)
Linux 一開始是基于Intel 386 機(jī)器而設(shè)計(jì)，但是隨著網(wǎng)絡(luò)的散布，各式各樣的需求涌現(xiàn)，因此就有許多工程師致力于各式平臺(tái)的移植，造成了 Linux 可以在 x86、MIPS、ARM/StrongARM、PowerPC、Motorola 68k、Hitachi SH3/SH4、 Transmeta.。等等平臺(tái)上運(yùn)作的盛況。這些平臺(tái)幾乎涵蓋了所有嵌入式系統(tǒng)所需的 CPU，因此選擇 Linux 就可以把更多的硬件平臺(tái)納入考量的范圍。
嵌入式環(huán)境不如 x86 PC 那樣單純，嵌入式環(huán)境所采用的 CPU 架構(gòu)之多，使用 Linux 作開發(fā)，就等于有更多硬件的選擇，硬件成本是商業(yè)公司考量的一大重點(diǎn)，選擇多自然可以找到最合適的硬件，對(duì)于公司的競(jìng)爭(zhēng)力是有極大的幫助。
應(yīng)用軟件眾多
自由軟件世界里有個(gè)很大的特色就是軟件超級(jí)多，而且?guī)缀醵际欠?GPL 標(biāo)準(zhǔn)，換句話說，大家都可以自由取用，因?yàn)檫@些軟件多半是由工程師業(yè)余空暇時(shí)間所發(fā)展，而且不以營(yíng)利為性質(zhì)，所以并不能擔(dān)保這些軟件完全沒有 BUG ，但是仍舊有許多殺手級(jí)的軟件出現(xiàn)，大家熟知的 KDE 與 GNOME 便是很好的證明，當(dāng)然與嵌入式系統(tǒng)較為相關(guān)如：gcc 編譯器、Kdevelop 整合式開發(fā)環(huán)境等等。
通常我們都會(huì)先在 PC 端造出仿真出嵌入式的環(huán)境，并直接在上頭開發(fā)，因此用的工具也都與開發(fā)一般Desktop 軟件類似，良好的工具能夠增加開發(fā)的速度。
選擇多樣
如果公司有能力可以自己實(shí)作 Linux 嵌入式系統(tǒng)，因?yàn)槌绦虼a全部都開放在那里，您可以隨心所欲的設(shè)計(jì)出自己想要的 Embedded Linux 系統(tǒng)，但是有更多的公司的業(yè)務(wù)重點(diǎn)不在于此，這時(shí)候您也可以選擇購(gòu)買商業(yè)版的 Embedded Linux 系統(tǒng)，像是有名的 Redhat 公司、Lineo、MontaVista.。等等，這些都是商業(yè)的 Linux 公司，購(gòu)買他們的產(chǎn)品就可以得到完整的服務(wù)。因此商業(yè)或非商業(yè)全都在于您的需求。
自行開發(fā)系統(tǒng)
當(dāng)然您也可以自行開發(fā)系統(tǒng)，嚴(yán)格控制硬件，但是相對(duì)的必須投注更大的成本在于研發(fā)系統(tǒng)上，原則上如果目標(biāo)簡(jiǎn)單明確只是一些基本的 I/O 控制，例如：跑馬燈。便適合自己開發(fā)，但是如果系統(tǒng)過于復(fù)雜則必須審慎評(píng)估自行研發(fā)的難度與時(shí)程的控管。
