【導(dǎo)讀】嵌入式系統(tǒng)在各個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)的維護與升級也變得日益重要。由于新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和對系統(tǒng)功能、性能等要求的不斷提高，開發(fā)者必須能夠針對系統(tǒng)進行升級和維護，以延長系統(tǒng)的使用周期，改善系統(tǒng)性能，增強系統(tǒng)適應(yīng)性。
嵌入式系統(tǒng)的遠(yuǎn)程更新該如何進行？
傳統(tǒng)的嵌入式升級方式通常由維護人員到達設(shè)備現(xiàn)場進行重新燒寫系統(tǒng)或者更換Flash存儲部件，當(dāng)設(shè)備數(shù)量龐大并且分布范圍廣泛時，這種升級維護方式的工作量將非常大，而且耗費的時間長、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)程升級技術(shù)得到了快速發(fā)展。參考文獻提出了一種基于GPRS的嵌入式系統(tǒng)軟件的遠(yuǎn)程在線升級，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對ARM嵌入式終端的系統(tǒng)軟件進行在線升級。這種方法的不足在于無法實現(xiàn)系統(tǒng)本身的遠(yuǎn)程升級。參考文獻實現(xiàn)了一種在Bootloader中實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)自動升級的方法，這種方法是將映像文件存儲在CF卡中，系統(tǒng)重啟時Bootloader將檢測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，實現(xiàn)升級。如果終端的數(shù)量較大且分布廣泛，采用這種方法會增加很大的工作量。
本文針對嵌入式Linux操作系統(tǒng)提出了一種新的更新機制，并且基于ARM9微處理器和NAND Flash存儲器，對uboot和Linux內(nèi)核進行修改，實現(xiàn)了對嵌入式Linux系統(tǒng)的遠(yuǎn)程自動更新?？朔藗鹘y(tǒng)方法工作量大的缺點，具有操作簡單、更新速度快的特點。
1.基本原理
1.1 總體結(jié)構(gòu)
支持遠(yuǎn)程自動更新的嵌入式Linux系統(tǒng)機構(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存儲芯片K9F1208，運行嵌入式Linux系統(tǒng)。遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)選用PC機。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即可對各個嵌入式終端進行監(jiān)控、管理和遠(yuǎn)程更新。
1.2 系統(tǒng)更新流程
本設(shè)計對uboot和Linux內(nèi)核進行改造，使其支持YAFFS2文件系統(tǒng)，對系統(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)正常運行時管理人員可以通過telnet遠(yuǎn)程登錄到嵌入式終端進行監(jiān)控和管理。當(dāng)需要對系統(tǒng)進行更新時，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。上傳完畢后對原有的內(nèi)核映像和文件系統(tǒng)進行備份并重啟系統(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)搬運到SDRAM中，然后跳轉(zhuǎn)到SDRAM中啟動Linux系統(tǒng)，掛載YAFFS2文件系統(tǒng)，啟動各種應(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 微處理器的計算機作開發(fā)平臺，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，于是微軟推出精簡版的 Windows CE 作為進攻嵌入式系統(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：耗系統(tǒng)資源、不穩(wěn)定、效率不佳等等。毛病實在太多，后來將整個架構(gòu)重新改寫后推出 Windows CE 3.0 版，或稱為 Pocket PC。改版之后的確改進了不少缺點。
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 ，是市場占有率最高的 PDA 操作系統(tǒng)，Palm 操作系統(tǒng)架構(gòu)非常簡潔，因為少去了很多功能，如內(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 都有待機時間長的優(yōu)點。
EPOC
由英國手持裝置大廠 Psion 所開發(fā)，常用于 PDA 與手機結(jié)合的場合。最有名的例子 Nokia 9110 系列手機，它就是采用 EPOC 系統(tǒng)。
著名的嵌入式實時系統(tǒng)
實時系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)里頭非常重要的一環(huán)，很多人都誤以為實時系統(tǒng)執(zhí)行速度非?？斓南到y(tǒng)，事實上不然，所謂實時代表的意義是『實時反應(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 ，因為 CPU 速度快，所以我們感覺好象可以同時執(zhí)行多支軟件，其實在系統(tǒng)內(nèi)部的同一時間內(nèi)都只有一個程序在執(zhí)行，每個軟件都必須排隊，而且規(guī)定只能用一小段時間后就要換下一位，但是因為 CPU 速度夠快，很快又可以被執(zhí)行到，所以人們感覺并不會很明顯軟件是一段一段在執(zhí)行。這是一般所謂的非實時性的操作系統(tǒng)運作模式，而實時操作系統(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)的實時系統(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時系統(tǒng)公司。
Linux
Linux 不是都用來做服務(wù)器嗎？不然就是 Cluster，怎么會跟嵌入式系統(tǒng)扯上關(guān)系？不要懷疑，Linux 除了對伺服工作應(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？請看底下介紹。
開放原始碼、模塊化設(shè)計
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，讓人很容易增減功能，例如我的平臺并不需要藍芽的功能，我只要不把這項功能加入，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。另外因為是采用 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、除錯、測試，這樣嚴(yán)苛的條件造就了穩(wěn)定度高的 Linux 。
就因為如此，Linux 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)功能強大
Linux 的架構(gòu)是參造 UNIX 系統(tǒng)而來，因此 Linux 也承襲了 UNIX 強大的網(wǎng)絡(luò)功能。在這個每樣事情都講求網(wǎng)絡(luò)的時代下，只能說是 Linux 大放異彩 的年代。未來可能家里的電冰箱、冷氣、電視機都會連上網(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
Linux 一開始是基于Intel 386 機器而設(shè)計，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.。等等平臺上運作的盛況。這些平臺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，選擇多自然可以找到最合適的硬件，對于公司的競爭力是有極大的幫助。
應(yīng)用軟件眾多
自由軟件世界里有個很大的特色就是軟件超級多，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，因為這些軟件多半是由工程師業(yè)余空暇時間所發(fā)展，而且不以營利為性質(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作 Linux 嵌入式系統(tǒng)，因為程序代碼全部都開放在那里，您可以隨心所欲的設(shè)計出自己想要的 Embedded Linux 系統(tǒng)，但是有更多的公司的業(yè)務(wù)重點不在于此，這時候您也可以選擇購買商業(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)雜則必須審慎評估自行研發(fā)的難度與時程的控管。
