Was ist mit Embedded Linux gemeint? Elemente von eingebettetem Linux
Eingebettetes Linux bezieht sich auf ein Szenario, in dem ein eingebettetes System ein Betriebssystem verwendet, das auf dem Linux-Kernel. Diese Linux-Distribution wird speziell für ein eingebettetes System entwickelt; sie ist kleiner als normal und verfügt über weniger Funktionen und eine geringere Verarbeitungsleistung. Eine solche Linux-Instanz kann nur gerätespezifische, speziell entwickelte Anwendungen ausführen.
Aber was ist ein eingebettetes System? Nun, ein eingebettetes System ist ein kleiner Computer, der in einer größeren Struktur lebt, die selbst kein Computer ist. Es ist ein Bündel von Computerhardware und -software, das für eine bestimmte Funktion entwickelt wurde und in einem größeren physischen System untergebracht ist.
Eingebettete Systeme, die auf einem Mikroprozessor oder Mikrocontroller basieren, werden von einem Echtzeit-Betriebssystem gesteuert, benötigen nur eine begrenzte Menge an Energie und Speicherplatz und sind in Bezug auf Größe und Komplexität der Benutzeroberfläche sehr unterschiedlich. Eingebettete Systeme sind allgegenwärtig und finden sich in einer Vielzahl von Verbraucher-, Industrie-, Medizin- und Militärtechnologien.
Dieser Artikel soll einen Einblick geben, was Embedded Linux ist und verschiedene Komponenten von Embedded Linux untersuchen.
Embedded Linux Entwicklung
Eingebettete Linux-Systeme bestehen in der Regel aus mehreren Schlüsselelementen, die zu ihrer Funktionalität und ihrem Betrieb beitragen. Diese sind wie folgt:
Hardware: Die Hardware-Plattformen sind der Ort, an dem Embedded Linux funktioniert. Diese Hardware-Plattformen liefern wichtige Funktionen wie Rechenleistung, Speicher, Storage und Schnittstellen und ermöglichen eine nahtlose Integration mit Peripheriegeräten und externen Geräten.
Linux-Kernel: Der Linux-Kernel ist die Kernkomponente des eingebetteten Linux-Systems. Er stellt wesentliche Betriebssystemdienste zur Verfügung, einschließlich Prozessverwaltung, Speicherverwaltung, Gerätetreiber, Netzwerk und Dateisystem. Der Kernel interagiert direkt mit der Hardware und verwaltet die Ressourcen des Systems.
Bootloader: Der Bootloader übernimmt die entscheidende Rolle der Initialisierung der Hardware und des Ladens des Linux-Kernels in den Speicher. Er bietet einen Mechanismus zur Konfiguration des Bootvorgangs und zur Verwaltung verschiedener Bootoptionen. Der Bootloader befindet sich in der Regel im nichtflüchtigen Speicher, z. B. im Flash-Speicher, und hat Vorrang, da er die erste Software ist, die beim Einschalten des Systems ausgeführt wird.
Root-Dateisystem: Das Root-Dateisystem enthält die gesamte Verzeichnisstruktur und die wichtigsten Dateien des Linux-Betriebssystems. Es enthält Bibliotheken, Konfigurationsdateien, Geräteknoten, ausführbare Dateien und andere Komponenten, die für die Funktion des Systems erforderlich sind.
Geräte-Treiber: Gerätetreiber ermöglichen es dem Linux-Kernel, mit der an das eingebettete System angeschlossenen Hardwareperipherie zu kommunizieren und diese zu steuern. Solche Treiber helfen dem Kernel beim Zugriff auf Geräte wie Display-Controller, Netzwerkschnittstellen, Speichergeräte, Sensoren und Eingabe-/Ausgabegeräte. Außerdem ermöglichen Gerätetreiber Anwendungen die Interaktion mit der Hardware über standardisierte Schnittstellen, die vom Kernel bereitgestellt werden.
Bibliotheken und Dienstprogramme: Eingebettete Linux-Systeme enthalten Bibliotheken und Dienstprogramme, die dem System zusätzliche Funktionen verleihen. Bibliotheken bieten APIs für verschiedene Aufgaben, darunter grafische Benutzeroberflächen (GUIs), Netzwerkprotokolle, Dateisysteme, Kryptografie und Multimedia-Verarbeitung. Alle Befehlszeilentools für die Systemverwaltung, das Debugging, die Softwareentwicklung und andere allgemeine Aufgaben sind Teil der Dienstprogramme.
Anwendungen: Eingebettete Linux-Systeme unterstützen die Ausführung von Anwendungen auf Benutzerebene. Diese Anwendungen können speziell für das jeweilige eingebettete System entwickelt werden oder es kann sich um bestehende Linux-Anwendungen handeln, die auf die Zielplattform portiert wurden. Je nach den Anforderungen und Fähigkeiten des Systems können die Anwendungen von kleinen Befehlszeilen-Dienstprogrammen bis hin zu komplexen grafischen Anwendungen reichen.
Konfiguration und Build-Systeme: Die Entwicklung von Embedded Linux beinhaltet oft Konfigurations- und Build-Systeme, die die Anpassung des Linux-Systems an eine bestimmte Embedded-Plattform erleichtern. Tools wie Buildroot, Yocto Project und OpenEmbedded helfen bei der Verwaltung des Konfigurations-, Kompilierungs- und Bereitstellungsprozesses. Sie ermöglichen es Entwicklern, das Linux-System, einschließlich der Kernel-Konfiguration, der Auswahl von Komponenten und der Erzeugung des Root-Dateisystems, an ihre spezifischen Anforderungen anzupassen.
Warum Embedded Linux verwenden?
Linux bietet Vielseitigkeit, Erschwinglichkeit und alles Gute, das mit Open-Source-Software einhergeht, was es für eingebettete Systeme besonders geeignet macht. Es wurde erfolgreich an kundenspezifische Mikroprozessoren angepasst, was seine Anwendbarkeit erweitert.
Im Gegensatz zu proprietären Embedded-Betriebssystemen bietet Linux zahlreiche Vorteile. Es fördert ein vielfältiges Ökosystem von Softwareanbietern, Entwicklern und Support-Netzwerken, was den Wettbewerb und die Flexibilität fördert. Mit seinem stabilen Kernel gewährleistet Linux eine zuverlässige und konsistente Leistung.
Linux wird von vielen Chip-Architekturen unterstützt, so dass es auf so kleinen Geräten wie Sockeln und so großen wie Mainframes laufen kann. Linux ermöglicht ein hochgradig modulares Baukastensystem für den Aufbau eines benutzerdefinierten, einbettbaren Systems, das zusätzliche Flexibilität bietet.
Die folgenden Merkmale machen Linux für eingebettete Systeme geeignet:
Flexibilität: Embedded Linux stattet kleine Geräte mit den Fähigkeiten eines vollwertigen Betriebssystems aus und verleiht ihnen eine bemerkenswerte Intelligenz und Vielseitigkeit. Entwickler und Systemadministratoren können das Verhalten dieser Geräte genau abstimmen und anpassen, um spezifische Anforderungen zu erfüllen. Diese inhärente Flexibilität sorgt dafür, dass das Gerät eine Vielzahl von Aufgaben effizient ausführen kann.
Stabilität: Linux hat sich seinen Ruf als stabiles und zuverlässiges System erworben, und Embedded Linux hat diese außergewöhnlichen Eigenschaften geerbt. Es ist in der Lage, über längere Zeiträume, die sich über Monate oder sogar Jahre erstrecken können, kontinuierlich zu laufen, ohne dass es zu Abstürzen oder Ausfällen kommt. Diese bemerkenswerte Stabilität macht Embedded Linux zu einer guten Wahl für kritische Systeme, die einen ununterbrochenen Betrieb erfordern.
Offene Quelle: Embedded Linux gedeiht innerhalb einer großen und enthusiastischen Open-Source-Gemeinschaft. Dieses lebendige Ökosystem ermöglicht es Entwicklern und Systemadministratoren, eine Fülle von Ressourcen, Bibliotheken und Werkzeugen zu nutzen und so während des gesamten Entwicklungsprozesses viel Zeit und Mühe zu sparen.
Hardware-Unterstützung: Linux übertrifft andere Betriebssysteme in dieser Hinsicht, da es eine umfassende Kompatibilität mit einer Vielzahl von Hardware-Plattformen aufweist. Es verfügt über eine umfassende Unterstützung für verschiedene Geräte, darunter Controller, Netzwerkschnittstellen, Grafikkarten und vieles mehr. Auch wenn es eine Handvoll Hersteller gibt, die keine Linux-Treiber anbieten, profitiert die Linux-Gemeinschaft von engagierten Entwicklern, die sich aktiv mit dem Reverse-Engineering von Treibern für alternative Betriebssysteme beschäftigen, um etwaige Lücken zu schließen.
Diese Faktoren haben dazu geführt, dass Linux in eingebetteten Systemen wie Smartphones und Tablets sowie in Smart-TVs und Routern sehr beliebt ist.
Die beste eingebettete Linux-Distribution
Eingebettete Systeme haben eine technologische Revolution eingeleitet, die unsere Interaktion mit einer Vielzahl von Geräten - von intelligenten Geräten bis hin zu Industriemaschinen - verändert hat. Das Herzstück vieler dieser eingebetteten Systeme ist Embedded Linux, ein unglaublich robustes und flexibles Betriebssystem, das die nahtlose Verschmelzung von Hardware und Software ermöglicht.
Einige der besten Linux-Distributionen für die Embedded-Entwicklung sind Yocto-Projekt, Buildrootund OpenWRT/LEDE.
Das beste Beispiel für ein eingebettetes Linux ist Android, entwickelt von Google. Android basiert auf einem modifizierten Linux-Kernel und wird unter einer Open-Source-Lizenz vertrieben. Zu den bekannteren anderen Embedded-Linux-Versionen mit geringem Platzbedarf gehören:
ETLinux: Eine vollständige Linux-Distribution, die für den Einsatz auf kleinen Industriecomputern entwickelt wurde.
LEM: A small (<8 MB) multi-user, networked Linux version that runs on 386s.
LOAF: "Linux On A Floppy" Distribution, die auf 386ern läuft.
uClinux: Linux für Systeme ohne MMUs.
uLinux: Eine kleine Linux-Distribution, die auf 386ern läuft.
ThinLinux: Eine minimierte Linux-Distribution für dedizierte Kameraserver, X-10-Controller, MP3-Player und andere eingebettete Anwendungen.
Linux für eingebettete Anwendungen
Von der Open-Source-Natur bis hin zur Skalierbarkeit, dem Entwickler-Support und den Werkzeugen ist Linux eine vorteilhafte Plattform, die von Entwicklern für die Erstellung von Embedded-Anwendungen bevorzugt wird.
Die Entwickler haben den Linux-Kernel erfolgreich an zahlreiche Architekturen angepasst. Diese Flexibilität ermöglicht es Linux, sich von den Zwängen spezialisierter Programmiersprachen zu befreien, die in industriellen Umgebungen häufig anzutreffen sind. Außerdem bietet Linux im Vergleich zur Programmierung nativer Mikrocontroller eine umfassende Sprachunterstützung, die es Entwicklern ermöglicht, mit einer Vielzahl von Programmiersprachen zu arbeiten.
Linux verfügt über eine umfassende Palette von Netzwerkprotokollen und weist eine bemerkenswerte Skalierbarkeit auf. Außerdem sind für den Einsatz von Linux in eingebetteten Systemen keine Lizenzgebühren erforderlich, was es zu einer kostengünstigen Lösung macht.
Die oben genannten Vorteile sind nur ein kleiner Einblick in die umfangreiche Liste der Gründe, die zum schnellen Wachstum und zur Beliebtheit von Embedded Linux beitragen. Entwickler bevorzugen es aufgrund seiner Vielseitigkeit, Zuverlässigkeit und des immensen Potenzials, das es für die Entwicklung innovativer und effizienter Embedded-Anwendungen bietet.
Schlussfolgerung
Embedded Linux zeichnet sich als außergewöhnliches Betriebssystem aus und verfügt über eine Vielzahl von Merkmalen und Funktionen, die eine harmonische Integration von Hardware- und Softwarekomponenten ermöglichen. Es ermöglicht Entwicklern, seine Fähigkeiten zu ihrem Vorteil zu nutzen und eingebettete Systeme mit optimaler Leistung und Effizienz zu erstellen.
Darüber hinaus dient Embedded Linux als solide Grundlage für die Entwicklung anspruchsvoller und innovativer Lösungen in verschiedenen Bereichen. So können Systemadministratoren das volle Potenzial eingebetteter Systeme ausschöpfen und eine optimale Leistung und Funktionalität gewährleisten.