1. 為何要用內嵌式Linux 系統2. 內嵌式Linux 作業系統的需求

Embedded Linux 的 發 展
陳 文 瑞 林 盈 達
摘 要
Linux 夾 帶 著 Open Source 的 聲 勢 , 在 作 業 系 統 的 領 域 異 軍 突 起 , 隱 然 有 威
脅 到 Microsoft 在 作 業 系 統 上 的 霸 主 地 位 。 但 是 在 目 前 所 見 各 式 各 樣 Linux 的
套 件 , 絕 大 部 分 都 還 是 在 桌 上 型 電 腦 提 供 一 般 使 用 者 完 成 日 常 工 作 , 或 是 作 為 伺
服 器 來 提 供 服 務 。 在 另 一 方 面 , 以 Linux 作 為 一 個 內 嵌 式 作 業 系 統 , 將 是 另 一 個
穩 定 而 有 效 率 的 選 擇 。 本 文 主 要 探 討 的 議 題 為 分 析 與 比 較 將 Linux 作 為 內 嵌 式
作 業 系 統 的 優 缺 點 , 以 及 在 改 善 其 缺 點 上 所 做 的 努 力 , 即 縮 小 化 及 加 入 即 時 性 ,
我 們 比 較 了 現 有 各 種 嵌 入 式 之 Linux、 小 型 Linux、 即 時 Linux 套 件 。 另 外 也 提
及 到 另 一 個 成 功 的 要 素 : 開 發 工 具 及 發 展 環 境 , 並 且 簡 介 一 些 自 由 軟 體 的 開 發 工
具 。
1. 為 何 要 用 內 嵌 式 Linux 系 統
所 謂 內 嵌 式 作 業 系 統 , 基 本 上 是 一 種 以 微 處 理 器 為 核 心 , 為 特 殊 目 的 而 設 計
的 一 套 軟 體 系 統 。 這 些 功 能 從 簡 單 的 控 制 灑 水 器 去 噴 灑 草 坪 , 到 放 置 在 引 擎 內 用
來 分 析 燃 料 流 量 , 各 式 各 樣 都 有 。 在 內 嵌 式 的 領 域 不 像 傳 統 PC 一 樣 由 Wintel
所 主 導 。 有 許 許 多 多 商 業 產 品 如 nucleus, Vxworks, pSoS 可 供 選 擇 , 甚 至 於 把 整
個 UNIX 放 到 內 嵌 式 系 統 上 。Linux 則 是 目 前 內 嵌 式 系 統 上 的 另 一 項 新 的 選 擇 。
對 於 內 嵌 式 作 業 系 統 發 展 者 而 言 , 開 發 一 套 內 嵌 式 作 業 系 統 需 要 考 量 許 許 多
多 的 因 素 [1], 如 該 系 統 所 能 提 供 的 功 能 、 價 格 、 開 發 的 時 程 、 穩 定 性 、 技 術 支
援 、 發 展 環 境 等 , 就 功 能 而 言 ,Linux 可 以 說 是 一 套 全 功 能 的 作 業 系 統 , 凡 舉 文
書 處 理 、 網 路 通 訊 、 工 程 計 算 、 視 聽 娛 樂 等 等 , 都 可 以 找 到 軟 體 可 在 Linux 上
執 行 , 就 價 格 而 言 , 當 其 他 軟 體 還 在 一 套 套 賣 的 時 候 ,Linux 只 要 花 一 點 點 上 網
的 通 訊 費 用 , 就 可 以 由 網 路 上 抓 下 來 , 几 乎 可 以 說 是 不 用 錢 。 就 穩 定 性 而 言 ,
Linux 由 於 是 開 放 原 始 碼 , 全 世 界 有 數 千 萬 人 在 發 展 使 用 它 , 臭 蟲 很 快 就 會 被 抓
到 而 且 被 解 決 掉 。 一 般 商 用 軟 體 大 多 是 自 行 發 展 , 一 但 發 現 有 問 題 , 大 概 只 能 尋
求 原 廠 的 技 術 支 援 部 門 來 解 決 ; 但 是 若 是 在 Linux 上 發 生 問 題 , 只 要 透 過 網 路 將
問 題 發 送 出 去 , 很 快 都 會 有 解 答 , 這 種 技 術 支 援 是 任 何 商 業 軟 體 所 無 法 達 成 的 。
一 般 商 用 的 開 發 的 環 境 與 工 具 如 IDE、 編 譯 器 、 除 錯 器 軟 體 等 都 是 相 當 昂 貴 的 。
但 是 在 Linux 中 , 這 些 工 具 基 本 上 都 是 免 費 的 , 有 些 工 具 甚 至 於 比 商 用 軟 體 功
能 更 強 , 更 穩 定 。 長 期 以 來 , 自 由 軟 體 基 金 會 (FSF,Free Software Foundation)[2]
所 開 發 的 一 系 列 軟 體 也 都 移 植 到 Linux 上 。 將 Linux 應 用 在 內 嵌 式 系 統 上 , 可 說
是 一 個 滿 不 錯 的 選 擇 。
2. 內 嵌 式 Linux 作 業 系 統 的 需 求
雖 然 將 Linux 應 用 在 內 嵌 式 系 統 上 有 許 多 顯 而 易 見 的 益 處 , 但 是 並 非 百 分
1

之 百 沒 有 缺 點 ,Linux 最 早 的 目 的 是 作 為 一 般 通 用 型 PC 或 Server 的 作 業 系 統 ,
因 此 設 計 上 並 非 完 全 符 合 內 嵌 式 作 業 系 統 所 需 , 表 一 為 一 般 作 業 系 統 與 內 嵌 式 作
業 系 統 的 差 異 [3]。
一 般 通 用 型 作 業 系 統
內 嵌 式 作 業 系 統
系 統 整 體 效 能 的 最 佳 化
最 壞 情 況 下 的 最 佳 化
最 有 效 率 的 排 程
可 預 期 的 排 程
滿 足 各 種 不 同 的 服 務 需 求
滿 足 特 定 的 服 務 需 求
追 求 最 高 的 產 出
追 求 最 小 的 延 遲
表 一 通 用 型 作 業 系 統 與 內 嵌 式 作 業 系 統 的 比 較
由 表 一 可 見 , 傳 統 作 業 系 統 強 調 整 體 系 統 平 均 效 能 , 而 內 嵌 式 系 統 則 強 調 提
升 最 壞 情 況 下 系 統 效 能 。 目 前 Linux 缺 乏 即 時 處 理 能 力 是 因 為 Linux 系 統 的 排 程
器 缺 乏 優 先 權 佔 用 (preemptive scheduling) 的 能 力 (Linux 提 供 分 時 巡 迴 排 程 , 即
time-sharing round-robin scheduling), 以 及 缺 乏 將 需 要 即 時 應 用 程 序 所 佔 記 憶 體 頁
面 (page) 不 被 置 換 (swap) 的 能 力 。 大 部 份 內 嵌 式 系 統 對 回 應 時 間 都 有 相 當 嚴 苛 的
要 求 , 這 使 得 Linux 在 內 嵌 式 系 統 上 的 應 用 受 到 限 制 。 再 者 ,Linux 提 供 了 全 功
能 的 虛 擬 記 憶 體 保 護 與 分 頁 的 機 制 , 這 項 優 點 放 到 內 嵌 式 作 業 系 統 卻 成 了 一 項 缺
陷 , 複 雜 的 虛 擬 記 憶 體 控 制 機 制 會 將 整 個 系 統 的 效 率 拖 垮 。 另 一 方 面 , 記 憶 體 在
內 嵌 式 系 統 也 是 一 個 很 有 限 的 資 源 。 因 為 內 嵌 式 系 統 大 都 為 某 一 些 特 殊 需 求 而 設
計 , 功 能 較 為 專 一 , 所 以 一 些 傳 統 Linux 上 的 功 能 若 未 使 用 到 , 就 應 該 把 它 移
除 。 圖 一 是 內 嵌 式 Linux 的 適 用 範 圍 。
RAM Size (MB)
Large
128
Server
64
32
16
8
4
2
1
0.5
0.1
Desktop
Embedded PC
High-End Embedded
Mid-range
Tiny
0.1 0.5 1 2 4 8 16 MBs GBs GBs TBs
圖 一 內 嵌 式 Linux 適 用 範 圍
Flash/ROM/Disk Size
以 下 的 三 個 章 節 , 主 要 來 討 論 目 前 在 業 界 幾 個 較 早 開 發 的 內 嵌 式 Linux 套
件 , 以 及 另 外 兩 個 重 要 的 議 題 : 如 何 將 Linux 縮 小 使 它 能 適 用 於 內 嵌 式 系
2

統 以 及 如 何 使 Linux 有 處 理 即 時 應 用 的 能 力 。
3. 內 嵌 式 Linux 套 件
因 為 將 Linux 應 用 在 內 嵌 式 系 統 的 好 處 是 顯 而 易 見 的 , 因 此 就 有 許 多 公
司 , 開 始 將 一 些 傳 統 Linux 套 件 加 以 修 改 , 使 它 能 適 用 於 內 嵌 式 系 統 。 大 部 分
內 嵌 式 系 統 只 有 CPU、RAM、ROM 或 Flash 以 及 一 些 週 邊 設 備 , 週 邊 設 備 也
不 太 可 能 像 PC 一 樣 換 來 換 去 。 因 此 , 要 將 Linux 應 用 在 內 嵌 式 系 統 , 就 必 需 針
對 系 統 的 特 性 作 適 度 的 修 改 。 以 下 介 紹 幾 份 內 嵌 式 Linux 的 套 件 , 並 且 對 它 們 作
一 個 比 較 。
Embedix Linux
Embedix Linux[4] 是 Lineo 公 司 以 Linux kernel 2.2.13 版 為 基 礎 發 展 而
來 ,Embedix 大 量 使 用 共 享 函 式 庫 , 它 使 用 了 一 個 技 術 用 來 分 析 並 且 找 出 內 含
於 Embedix 套 件 中 的 可 執 行 檔 內 所 用 到 的 共 享 函 式 , 不 需 要 用 到 的 部 份 由 函 式
庫 移 除 以 縮 小 執 行 檔 的 大 小 。 除 此 之 外 ,Lineo 也 提 供 部 份 適 用 於 內 嵌 式 系 統 的
商 用 軟 體 如 一 個 小 型 的 圖 形 函 式 庫 , 可 以 用 來 與 他 們 的 另 一 項 產 品 ” 內 嵌 式 瀏 覽
器 ” 作 結 合 提 供 圖 形 介 面 , 這 樣 就 不 需 要 將 整 個 X- window 系 統 及 圖 形 函 式 庫 放
進 來 。
Embedix 除 了 GPL 所 保 護 的 軟 體 有 提 供 原 始 程 式 碼 之 外 , 其 他 相 關 的 軟 體
也 提 供 完 整 的 原 始 程 式 碼 、 修 補 檔 及 設 定 檔 , 使 得 使 用 者 可 以 重 新 去 編 譯 建 立 適
合 自 己 設 備 所 要 的 可 執 行 檔 。Embedix 所 提 供 的 發 展 工 具 , 也 完 整 的 包 括 在 整
個 套 件 之 中 , 系 統 開 發 者 可 以 用 這 些 工 具 來 開 發 、 設 定 、 除 錯 、 測 試 所 撰 寫 的 程
式 與 硬 體 設 備 , 而 不 需 要 額 外 花 費 。
Etlinux
Etlinux[5] 是 另 一 套 完 整 以 Linux 為 基 礎 的 內 嵌 式 作 業 系 統 , 它 主 要 目 的 是
提 供 一 個 精 緻 、 模 組 化 、 有 彈 性 而 完 整 的 伺 服 器 。 它 儘 可 能 的 縮 減 記 憶 體 與 磁 碟
空 間 , 因 此 作 業 系 統 的 核 心 就 必 需 要 作 部 份 修 改 , 有 些 內 部 的 資 料 結 構 也 被 縮
小 。Etlinux 內 含 有 Tcl language engine, 為 針 對 內 嵌 式 系 統 的 特 性 , Tcl language
engine 特 別 被 增 加 了 可 以 純 粹 由 Tcl 來 重 寫 初 始 化 的 描 述 檔 。
BlueCat
BlueCat[6]Linux 是 Lynx 公 司 所 發 展 一 套 完 整 的 內 嵌 式 Linux 發 展 環
境 , 它 包 括 了 一 套 Linux 作 業 系 統 以 及 系 統 發 展 工 具 。 它 是 以 核 心 的 版 本 為 Linux
2.2.12-20 的 Red Hat 6.1 套 件 為 基 礎 加 以 修 改 而 來 , 使 用 Lynx 公 司 所 發 展 的 整
合 式 發 展 環 境 , 設 計 者 可 以 根 據 不 同 的 需 求 , 在 PowerPC 或 Pentium 等 級 的 微
處 理 器 上 開 發 不 同 的 應 用 軟 體 。 整 合 式 發 展 環 境 可 以 PC 及 Red Hat Linux 作 為
發 展 平 台 , 發 展 工 具 包 括 標 準 ANSI C/C++ 編 譯 器 , 組 譯 器 , 連 結 器 , 以 及 一 個
3

可 以 產 生 可 供 載 入 的 image maker(mkimage)。
eCos
Red Hat 公 司 所 出 版 的 eCos [7](Embedded Configurable Operating System) 是
一 套 開 放 原 始 程 式 碼 的 作 業 系 統 , 發 展 者 可 以 在 eCos 上 自 由 的 開 發 與 修 改 包 括
eCos 本 身 的 軟 體 , 並 且 可 以 自 由 的 發 行 這 些 開 發 的 軟 體 而 無 任 何 限 制 。Red Hat
公 司 另 外 也 出 版 了 一 套 整 合 式 開 發 環 境 GNUpro, 它 可 用 來 幫 助 發 展 eCos 上 的
應 用 程 式 或 移 植 到 不 同 的 系 統 平 台 上 ,eCos 有 一 項 革 新 的 技 術 就 是 它 的 設 定 建
構 系 統 (configuration system), 它 可 以 用 於 幫 助 修 改 或 升 級 原 來 的 系 統 。 新 版 的
eCos 有 許 多 有 利 的 新 的 功 能 , 例 如 套 件 管 理 的 軟 體 , 可 以 整 合 其 他 公 司 所 發 展
的 軟 體 在 eCos 上 運 作 以 擴 充 eCos 的 功 能 , 標 準 的 建 構 檔 檔 案 格 式 , 可 以 將 GUI
及 命 令 列 下 的 configuration 以 使 用 者 可 讀 取 的 型 式 儲 存 起 來 。 在 GUI 的 系 統 建
構 工 具 軟 體 中 , 另 外 也 有 一 套 以 Web based 的 線 上 支 援 文 件 , 來 幫 助 建 構 整 個
eCos 系 統 。 其 他 還 有 很 多 軟 體 , 都 是 GPL 規 範 下 開 放 原 始 碼 的 軟 體 。
內 嵌 式 Linux 套 件 的 比 較
表 二 為 上 述 幾 種 Linux 套 件 的 比 較 表 , 大 多 是 將 現 有 的 Linux 套 件 加 以 稍
加 修 改 整 合 移 植 到 內 嵌 式 系 統 上 , 雖 然 表 中 有 些 欄 位 如 支 持 的 週 邊 設 備 與 網 路 功
能 , 各 家 廠 商 並 未 詳 細 說 明 其 規 格 , 基 本 上 只 要 Kernel 有 支 援 , 都 可 以 作 得 到 。
有 創 新 的 部 分 , 都 集 中 在 開 發 環 境 與 工 具 上 。
目 的
CPU (target processor)
Kernel version
RAM Size
ROM/FLASH/Disk Size
支 援 的 週 邊 設 備
BlueCat Etlinux Embedix eCos
完 整 的 內 嵌 式 系 統 發 展
環 境 , 適 用 於 內 嵌 式 系
統 的 OS。
Pentium, PowerPC 或 其
他 更 高 階 的 processor
簡 單 型 的
Server/Client, 非 常 簡 易
型 的 內 嵌 式 PC
386SX processor 或 其
他 更 高 階 的 processor
4
簡 單 的 用 戶 端 介 面 , 內
嵌 式 PC, 低 成 本 的 瀏 覽
器 , 可 聯 接 Interne 的 內
嵌 式 設 備 。
目 前 支 援 X86
PowerPC 系 列 ,
MIPS、ARM 及 SH 系
列 正 發 展 中 。
完 整 的 內 嵌 式 系 統 發 展
環 境 , 適 用 於 內 嵌 式 系
統 的 OS 。 consumer
electronics,
telecommunications,
automotive, and other
cost-sensitive and
lightweight applications
及 ARM Thumb
ARM9
Cirrus Logic CL-PS7111
and EP72xx
Cogent CMA222 and
CMA230 ARM boards
Hitachi SH3
Intel StrongARM
Intel x86 PC
Matsushita AM33
Motorola MBX
evaluation board
NEC MIPS VR4300
Linux 2.2.12-20 未 知 Linux 2.2.13 版 Linux 2.2.12-20
2MB RAM Space 2MB RAM Space 最 少 4MB, 若 有 額 外 2MB RAM Space
功 能 必 需 再 增 加
2MB of Disk Space 2MB of Disk Space 最 少 2MB, 若 有 額 外 2MB of Disk Space
(Hard disk or M-System (Hard disk or M-System 功 能 必 需 再 增 加 。 不 需 (Hard disk or M-System
Disk on chip) Disk on chip) 要 硬 式 磁 碟 機 。 Disk on chip)
未 知 未 知 硬 式 磁 碟 機 , 軟 式 磁 碟 未 知
機 , CD-ROM , Flash

網 路 功 能
免 費
Boot loader
檔 案 系 統
提 供 整 套 發 展 環 境
機 , CD-ROM , Flash
boot loader,Ethernet,
RS232 等
TCP/IP networking TCP/IP networking TCP/IP networking TCP/IP networking
protocol stack protocol stack protocol stack protocol stack, BOOTP,
Embedded cgi-capable Networking
The protocol stack
WEB browser routing/firewall derived from OpenBSD
Telnet Server
Web Server
source
Email Server
內 嵌 式 瀏 覽 器
CORBOA support FTP Client
Remote
file Telnet Client 及 Server
management
TCL script language
No Yes No No
BlueCat loader, Lilo,syslinux lilo , syslinux , Lilo,syslinux
mkimage
nboot ,others
Ext2 Ext2 fat (msdos) , ext2 , Ext2
minix,initrd
Yes, 包 括 Compiler, Yes, quality C/C++ Yes, Emdedix SDK Yes, GNUpro Tool kit 包
linker, loader, Debugger, compilers, debuggers,
括 Compiler, linker,
Version control libraries, interpreted
loader, Debugger,
software, library and languages,
Version control
utility
software, library and
utility
4. 小 型 Linux 套 件
表 二 內 嵌 式 Linux 套 件 比 較
在 內 嵌 式 系 統 的 環 境 中 , 記 憶 體 是 相 當 有 限 的 資 源 , 如 何 能 建 構 一 個 穩 固 、
大 小 適 中 、 功 能 齊 備 的 內 嵌 式 Linux 作 業 系 統 成 為 一 個 最 要 緊 的 問 題 。 在 目 前
所 見 到 的 小 型 Linux 套 件 中 , 都 是 由 一 般 傳 統 Linux 套 件 縮 小 而 來 , 不 去 修 改
Linux 核 心 部 份 程 式 碼 , 只 是 將 不 需 要 的 驅 動 程 式 、 應 用 程 式 及 函 式 庫 刪 除 , 達
到 縮 小 的 目 的 。 大 部 份 的 小 型 Linux 套 件 都 使 用 很 少 的 Disk 空 間 或 者 是 在 RAM
上 模 擬 一 個 硬 碟 。 以 下 針 對 部 份 小 型 Linux 套 件 作 一 番 介 紹 。
AlfaLinux
AlfaLinux [8] 是 一 套 類 似 Slackware 的 Linux 套 件 (kernel version 2.0.34), 它
是 由 業 餘 Linux 的 高 手 所 開 發 , 大 小 適 合 放 入 兩 片 1.44Mega bytes 的 磁 碟 片 , 它
不 需 要 對 傳 統 Linux 套 件 作 任 何 的 修 改 。 內 容 包 括 所 有 磁 碟 操 作 及 網 路 功 能 , 最
基 本 的 需 求 包 括 一 台 486 等 級 以 上 的 電 腦 , 最 少 8Mega RAM, 但 是 若 需 要 額 外
的 功 能 ,12 Mega RAM 是 最 起 碼 的 要 求 。 第 一 片 磁 片 只 包 括 Linux 開 機 與 核 心
的 功 能 , 應 用 程 式 都 是 放 在 第 二 片 磁 片 。
新 版 的 alfslinux 加 入 了 vi ,cat,pwconv 及 unconv 等 新 的 功 能 。alfalinux
設 計 的 目 的 在 於 提 供 使 用 者 一 個 很 容 易 修 改 的 架 構 , 可 以 根 據 自 己 的 需 求 , 去 增
加 修 改 新 的 功 能 , 使 電 腦 能 作 不 同 用 途 。 使 用 者 自 己 也 可 以 成 為 alfalinux 的 開
發 者 。
Linux Router Project
Linux Router Project [9] 是 一 套 以 網 路 為 中 心 的 小 型 Linux 套 件 , 它 是 由 開 放
原 始 碼 的 一 些 公 用 程 式 以 及 Linux 套 件 抽 取 出 來 組 成 的 , 大 小 可 以 放 入 一 片
5

1.44Mega bytes 的 磁 片 , 大 部 分 LRP 的 套 件 來 自 於 Debian, 主 要 用 途 是 用 來 建
構 一 個 低 成 本 的 router,access server, 簡 單 型 的 用 戶 端 介 面 , 簡 單 型 的 server,
網 路 應 用 以 及 內 嵌 式 系 統 。
LRP 是 放 入 一 片 1.44Mega 的 磁 片 上 , 它 沒 有 足 夠 的 空 間 來 存 放 編 譯 的 工 具
及 原 始 程 式 碼 , 所 以 ,LRP 允 許 使 用 者 可 以 動 態 的 將 編 譯 過 可 執 行 的 軟 體 模 組
加 入 已 經 編 譯 過 可 執 行 Linux 核 心 中 。 在 系 統 初 始 化 的 階 段 就 使 用 ”insmod” 來 插
入 一 個 模 組 , 這 個 方 式 讓 LRP 有 了 相 當 的 彈 性 。
Linux Terminal Server Project
Linux 終 端 伺 服 器 計 畫 [10][11] 是 一 項 開 放 原 始 碼 專 案 , 目 的 在 於 創 造 一 個
利 用 Linux 架 設 的 網 路 工 作 站 環 境 , 而 這 些 工 作 站 只 需 要 一 些 簡 單 的 配 備 , 不
需 要 任 何 磁 碟 機 , 就 能 在 客 戶 端 使 用 終 端 伺 服 器 上 的 程 式 。 最 顯 著 的 優 勢 除 了 便
宜 之 外 , 就 是 需 求 的 資 源 相 對 地 也 低 很 多 , 也 不 需 要 磁 碟 機 , 大 大 降 低 架 設 網 路
環 境 的 成 本 。 一 台 無 磁 碟 的 工 作 站 所 需 的 配 備 有 : 一 顆 x86 處 理 器 、16MB 記
憶 體 、 網 路 卡 , 和 啟 動 唯 讀 記 憶 體 (boot ROM)。boot ROM 的 作 用 在 於 初 始 網
路 檔 案 系 統 環 境 , 讓 Linux 核 心 程 式 能 夠 去 下 載 伺 服 端 的 資 料 到 終 端 機 的 記 憶
體 內 。 而 X 視 窗 系 統 是 客 戶 端 最 主 要 的 程 式 , 其 他 的 程 式 都 是 由 伺 服 端 來 執
行 。 客 戶 端 在 開 機 後 由 boot ROM 自 動 和 伺 服 端 溝 通 、 傳 輸 , 然 後 啟 動 。 此 外 ,
伺 服 端 的 系 統 可 以 採 用 一 些 Linux 套 件 , 對 於 一 般 的 使 用 (Email、Web 等 ) 很
方 便 , 但 它 也 有 一 些 缺 點 , 例 如 沒 有 較 好 的 管 理 系 統 , 也 缺 乏 網 路 印 表 機 的 機 制 。
Thin Linux
ThinLinux [12] 是 一 套 一 般 性 的 工 具 組 , 几 乎 任 何 事 情 它 都 能 做 , 包 括
stand-alone 的 防 火 牆 , 攝 影 機 的 Server,MP3 player,X-10 controller, 或 者 是 任
何 用 戶 端 有 趣 的 設 備 或 應 用 。ThinLinux 可 以 在 相 當 多 種 型 態 的 處 理 器 上 執 行
( 只 要 Linux 有 支 援 均 可 ), 發 展 的 環 境 也 可 以 不 在 Intel 的 PC 上 。
FirPlug’s ThinLinux 是 一 個 將 Linux 套 件 部 份 模 組 與 程 式 組 合 起 來 的 一 個
套 件 , 它 設 計 的 目 的 是 為 了 未 來 下 一 代 內 嵌 式 系 統 或 專 屬 某 些 應 用 的 PC, 典 型
的 ThinLinux 的 產 品 是 單 板 的 PC, 上 面 有 一 個 flash disk, 超 過 16 Mega bytes
RAM, 以 及 通 訊 的 介 面 , 也 可 選 擇 加 上 Video 及 鍵 盤 介 面 。
PicoBSD
雖 然 PicoBSD [13] 不 是 由 Linux 修 改 而 來 , 但 它 也 是 一 套 可 放 入 一 片
1.44Mega bytes 大 小 磁 片 的 FreeBSD , 它 是 由 FreeBSD 3.0-current 修 改 而 來 ,
我 們 把 它 放 在 這 裡 與 Linux 做 個 對 照 。 根 據 不 同 用 途 的 版 本 , 目 前 PicoBSD 有
Dial-up version,Networking version,Router version,Dial-in server version。 它 最
少 需 要 386SX 以 上 等 級 的 機 器 , 最 少 8Mega bytes RAM, 不 需 要 硬 碟 , 目 前 最
6

新 的 版 本 是 0.42 版 。 主 要 用 途 是 用 來 建 構 一 個 無 主 機 工 作 站 , 內 嵌 式 系 統 , 取
代 一 般 router, 防 火 牆 ,access server, 簡 單 型 的 用 戶 端 介 面 , 簡 單 型 的 server,
網 路 應 用 等 等 。
各 種 小 型 Linux 套 件 的 比 較
表 三 是 針 對 Small Linux Distribution 作 一 個 比 較 , 主 要 是 針 對 網 路 應
用 , 因 為 目 前 所 見 大 部 份 Small Linux Distribution 都 是 應 用 在 這 方 面 。
Linux
Project
Purpose Linux router
firewall Dial up
server
Router PicoBSD LTSP alfalinux Thin Linux
Small
router, firewall
Dial up server
Thin Client
freeBSD Thin
Internet
Client,
access,
low cost terminal
X-terminal
Web tools such
as a browser,
FTP, telnet, or
other Internet
communications
standards.(3)
Kernel version Linux 2.0.36 FreeBSD 2.2.5 Linux 2.2.13 Linux 2.0.34 Linux 2.2.14
Network module Linux NET4.0 unknown Linux NET 3.035
Memory Size 8MB 10MB 16MB 16MB 16MB
ROM or Disk 1.44MB floppy 1.44MB floppy Boot ROM 1.44MB floppy 1.44MB floppy
spack
disk 1 piece disk 1 piece
disk 2 pieces disk 1 piece
Configuration Yes (lrcfg) Yes none none None
tools
Network tools Ifconfig
Ppp, ping, route, X-client/sercer Compressed file Ifconfig,
Ipfwadm routed, tftpd(1), ,NFS
in disk 2
Netstat
traceroute,
ftp, ifconfig, ping,
Ping, other are bootpd, natd,
pmail, pppd,
option, not netstat, nfs,
route, telnet,
include in basic snmpd, ifconfig,
traceroute,
package
nslookup, tinyIRC
System
management
tools
Login,
mknod,
umount,…,etc
Most fundamental
function (2)
inetd, ipfw, telnet,
telnetd,
pwd, Login,
mount, mknod,
umount,
vm, …,etc
Most fundamental
function
pwd, none Login, pwd, Login,
mount,
mknod, mount, mknod,
umount,
vm, …,etc
Most fundamental
function (4)
Editor
tools
Editor ee none Pico
(in disk 2)
File management Ls,
rm, Ls,
rm,
tools
more,…,etc more,…,etc
Most fundamental Most fundamental
function function
function
Programming
tools
none Ls, rm,
more,…,etc
Most fundamental
pwd,
mount,
umount,
vm, …,etc
Most fundamental
function
None
none none none none None
表 三 小 型 Linux 套 件 比 較
5. Linux 在 即 時 性 作 業 系 統 的 應 用
Ls,
rm,
more,…,etc
Most fundamental
function
大 部 分 即 時 性 應 用 , 大 多 是 使 用 在 工 業 控 制 上 , 這 些 應 用 都 有 一 種 特 性 , 那
就 是 時 效 性 。 就 技 術 上 來 說 , 所 謂 ” 即 時 ” 意 指 作 業 系 統 必 需 在 可 預 期 的 時 間 範 圍
內 , 對 某 些 特 定 的 事 件 作 出 回 應 加 以 處 理 。 只 有 在 系 統 可 以 預 期 事 件 何 時 被 處
理 , 才 能 針 對 此 一 限 制 在 設 計 上 加 以 考 量 , 避 免 系 統 的 失 誤 導 致 錯 誤 的 結 果 。 然
而 Linux 只 提 供 可 被 插 斷 的 排 程 策 略 , 在 執 行 核 心 空 間 程 式 時 , 也 不 允 許 外 部
事 件 的 插 斷 , 所 以 處 理 起 有 時 效 性 的 工 作 時 , 效 率 並 不 是 很 好 , 如 何 以 最 少 的 修
改 核 心 程 式 來 提 供 即 時 的 功 能 變 成 為 一 個 很 重 要 的 課 題 , 接 下 來 我 將 就 目 前 幾 個
在 Linux 上 提 供 即 時 能 力 的 專 案 計 畫 , 作 一 個 介 紹 。
7

RT-Linux
為 了 能 讓 高 階 的 內 嵌 式 系 統 能 夠 使 用 Linux 做 為 其 即 時 作 業 系 統 , 目 前 有 兩
種 較 為 普 遍 的 方 法 被 應 用 , 第 一 種 就 是 使 用 POSIX 針 對 即 時 作 業 系 統 所 訂 定 的
標 準 , 如 圖 二 所 示 , 但 是 這 個 標 準 太 大 , 太 笨 重 , 它 功 能 與 特 性 較 適 用 於 桌 上 型
PC 或 工 作 站 , 但 是 就 內 嵌 式 系 統 而 言 , 幫 助 不 大 。
Init Bash Real time
task
Real time
task
Interrupt
or polling
System calls
Drivers
Hardware
Linux
Kernel
圖 二 POSIX 即 時 作 業 系 統 架 構 與 標 準 介 面
另 外 一 種 方 式 , 就 是 使 用 Real time Linux (RTLinux)[14][15], 它 是 對 於 標 準
Linux 核 心 的 一 種 延 伸 , 使 Linux 擁 有 處 理 時 間 要 求 比 較 嚴 格 的 工 作 之 能 力 , 在
RT-Linux 中 , 有 一 個 小 的 即 時 核 心 與 標 準 Linux 核 心 並 存 , 如 圖 三 所 示 , 所 以
應 用 程 式 仍 然 可 以 使 用 系 統 的 資 源 及 服 務 , 需 要 即 時 處 理 的 工 作 可 以 另 外 再 開 啟
一 個 Task, 在 核 心 空 間 內 執 行 , 它 們 可 以 直 接 存 取 硬 體 資 源 而 不 需 透 過 Linux 核
心 管 理 , 不 會 被 Linux 核 心 記 憶 體 管 理 模 組 所 影 響 。 缺 點 是 Real-time task 無 法
透 過 核 心 所 提 供 的 系 統 呼 叫 來 存 取 Linux 核 心 的 系 統 資 料 , 可 能 造 成 資 料 內 容
不 一 致 的 情 況 。 在 RT-Linux 中 , 所 有 的 中 斷 都 先 被 RT-Linux 的 核 心 所 處 理 , 再
傳 送 到 Linux Task ( 整 個 Linux 核 心 被 視 為 一 個 Task), RT-Linux 的 核 心 會 模 擬
一 個 硬 體 的 中 斷 控 制 器 , 當 Linux 核 心 取 消 某 個 中 斷 時 ,RT-Linux 的 核 心 會 將
此 中 斷 放 入 一 個 Queue 中 等 待 , 直 到 Linux 核 心 恢 復 該 中 斷 , 再 傳 給 Linux 核
心 。 在 目 前 系 統 中 ,Real-time task 與 Linux user task 之 間 的 通 訊 是 透 過 message
queue 或 是 共 享 記 憶 體 。 就 整 體 而 言 ,RT-Linux 只 提 供 相 當 有 限 的 幾 個 功 能 來 建
構 即 時 系 統 , Real-time task 唯 一 要 做 的 是 處 理 需 要 即 時 的 I/O 動 作 並 且 儘 快 將
這 些 資 料 傳 送 到 上 層 Linux 應 用 程 式 來 加 以 處 理 。 簡 單 的 RT-Linux 有 兩 個 好
處 , 第 一 , 因 為 它 很 簡 單 , 所 以 程 式 不 易 出 錯 , 再 者 若 是 有 bug, 也 很 容 易 被 發
現 而 排 除 , 這 是 一 個 很 重 要 的 因 素 , 因 為 整 個 Real-time 部 分 只 佔 Linux 系 統 應
用 的 一 小 部 份 , 只 要 能 提 供 足 夠 的 功 能 以 達 成 主 要 real-time 目 前 即 可 。
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Init
Bash
Xterm
Interrupt
or polling
I/O
Drivers
System calls
Interrupt
RT-Linux
Scheduler
Real time
task
Hardware
圖 三 RTLinux 架 構 與 介 面
Real time
task
Interrupt
I/O
Linux
Kernel
RTAI
RTAI [16][17] 這 個 計 劃 就 是 要 在 Linux 之 上 提 供 一 個 嚴 格 的 即 時 系 統 , 能 夠
讓 需 要 時 間 控 制 相 當 準 確 的 應 用 程 式 能 夠 在 Linux 上 執 行 。 在 架 構 上 RTAI 參 考
了 RTLinux 的 想 法 , 如 都 將 Linux 的 核 心 當 成 一 個 最 低 優 先 權 的 Task, 但 是 它
提 供 了 RTLinux 所 沒 有 的 一 些 功 能 與 特 性 使 它 更 為 適 用 於 即 時 系 統 , 比 如 RTAI
提 供 週 期 性 Timer , 可 以 用 信 號 或 訊 息 通 知 Real-time Task, 以 及 支 援 FPU 等 。
與 RTLinux 不 同 的 是 , RTAI 則 盡 可 能 用 少 量 的 修 補 檔 , 用 動 態 載 入 模 組 將 即
時 功 能 的 架 構 加 入 核 心 之 中 , 使 得 核 心 很 容 易 的 提 供 額 外 的 功 能 。 在 RTAI 的 實
作 上 , 有 三 個 主 要 核 心 模 組 必 需 要 載 入 到 Linux 核 心 中 才 能 提 供 即 時 處 理 的 能
力 , 好 處 是 不 必 為 了 加 入 一 個 新 功 能 而 整 個 Linux 要 重 新 編 譯 一 遍 , 需 要 時 再
載 入 , 不 用 之 後 也 可 以 卸 下 。 實 作 即 時 的 Task 也 如 同 寫 一 個 核 心 模 組 一 樣 , 只
要 三 個 主 要 核 心 模 組 有 載 入 , 就 可 以 載 入 即 時 的 Task。 這 三 個 主 要 核 心 模 組 分
別 是 :rtai module ( 應 用 程 式 介 面 ),rtai_sched ( 排 程 器 ) 以 及 rt_fifos ( 佇 列 )。 下 面
的 例 子 說 明 如 何 使 用 RTAI 來 提 供 即 時 功 能 , 假 設 有 一 件 工 作 需 要 及 處 理 , 我 們
把 它 寫 成 一 個 核 心 模 組 rt_process:
insmod /home/rtai/rtai
insmod /home/rtai/modules/rtai_fifo
insmod /home/rtai/modules/rtai_sched
insmod //rt_process
當 不 再 需 要 些 處 理 時 :
rmmod rt_process
rmmod rtai_sched
rmmod rtai_fifo
rmmod rtai
RTAI 目 前 提 供 大 約 八 十 個 功 能 , 含 括 了 程 序 處 理 , 時 間 處 理 , 同 步 機 制 , 程 序
間 的 通 訊 , 以 及 一 些 中 斷 處 理 等 功 能 , 已 具 備 了 一 個 簡 單 的 即 時 核 心 所 需 提 供 的
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功 能 , 未 來 則 朝 著 提 供 與 VxWorks 及 pSOS 相 容 的 函 式 庫 , 發 展 環 境 , 除 錯 功
能 及 通 訊 能 力 等 方 向 繼 續 發 展 。
比 較 傳 統 Linux 套 件 與 加 入 即 時 功 能 之 後 的 差 異
為 比 較 傳 統 Linux 與 加 入 即 時 功 能 之 後 的 差 異 , 阿 根 廷 的 La Plata University
研 究 者 [18] 針 對 這 兩 種 Linux 設 計 了 一 些 測 試 來 比 較 其 差 異 , 測 試 主 要 分 兩 個 項
目 :1. 測 試 時 間 的 間 隔 : 每 隔 40ms 對 parallel port 中 某 個 pin 做 I/O 以 產 生 40ms
的 連 續 方 波 ,2. 產 生 一 個 IRQ 7 的 中 斷 , 當 中 斷 產 生 時 , 輸 出 一 個 訊 號 到 parallel
port 中 某 個 pin。 測 試 的 條 件 分 成 下 列 6 種 :
無 負 載 : 在 系 統 開 始 執 行 後 , 所 有 背 景 執 行 的 程 序 都 取 消 。
數 個 背 景 執 行 的 程 序 : 在 背 景 執 行 包 括 httpd,lpd,smbd,nmbd,sendmail,
inetd,crond,syslogd,and others。
硬 碟 負 載 : 重 複 執 行 ”ls –IR”。
網 路 負 載 : 重 複 執 行 ”ping –f”。
全 負 載 : 上 述 兩 種 負 載 同 時 運 作 。
運 算 負 載 : 執 行 一 個 小 的 C 程 式 , 重 複 執 行 浮 點 數 除 法 運 算 。
表 四 為 執 行 上 述 測 試 的 結 果 :
負 載 型 態 中 間 值 標 準 差 最 小 值 最 大 值 集 中 度
無 負 載 19996 1.45 19989 20054 410.46
數 個 背 景 執 19999 45.61 18186 20676 586.67
行 的 程 序
全 負 載 20009 538.84 16804 29908 27.38
硬 碟 負 載 19991 391.14 16594 25054 18.63
網 路 負 載 19999 114.35 19653 22007 19.21
運 算 負 載 19999 16.79 19643 20405 389.28
表 四 Linux 未 加 入 即 時 功 能 而 以 一 般 方 式 實 作 所 測 出 的 結 果 (microsec)
負 載 型 態 中 間 值 標 準 差 最 小 值 最 大 值 集 中 度
無 負 載 19999 0.89 19993 20013 18.85
數 個 背 景 執 19999 1.31 19993 20016 15.80
行 的 程 序
全 負 載 19999 2.45 19990 20016 2.10
硬 碟 負 載 20000 1.92 19985 20014 5.92
網 路 負 載 20001 2.53 19981 20019 3.31
運 算 負 載 19999 1.39 19988 20016 18.62
表 五 Linux 加 入 即 時 功 能 而 以 Real-Time Task 方 式 實 作 所 測 出 的 結 果
(microsec)
表 四 與 五 為 標 準 Linux 核 心 與 加 入 即 時 功 能 的 Linux 核 心 執 行 第 一 項 測 試 的
結 果 , 很 明 顯 可 以 看 到 , 沒 有 RTLinux 的 支 援 , 面 對 需 要 時 候 很 精 確 的 工 作 時 ,
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標 準 Linux 核 心 會 受 到 其 他 工 作 嚴 重 影 響 , 而 導 至 於 處 理 的 時 間 產 生 很 大 的 變 異
性 。
負 載 型 態 中 間 值 標 準 差 最 小 值 最 大 值 集 中 度
無 負 載 21.62 1.55 20.80 48.70 139.41
數 個 背 景 執 28.16 312.70 21.30 22103.00 4963.00
行 的 程 序
全 負 載 369.31 528.20 29.10 27546.00 1408.00
硬 碟 負 載 440.61 420.82 26.60 8292.00 63.35
網 路 負 載 114.33 91.59 27.50 2593.80 107.06
運 算 負 載 9790.10 2684.80 26.20 9381.10 -1.21
表 六 Linux 未 加 入 即 時 功 能 而 以 一 般 方 式 實 作 中 斷 常 式 所 測 出 的 結 果
(microsec)
負 載 型 態 中 間 值 標 準 差 最 小 值 最 大 值 集 中 度
無 負 載 2.36 0.55 2.10 15.50 266.11
數 個 背 景 執 2.34 0.35 2.10 10.80 106.58
行 的 程 序
全 負 載 3.84 1.04 2.30 19.00 22.10
硬 碟 負 載 3.20 0.67 2.10 19.40 112.96
網 路 負 載 4.38 1.71 2.50 25.00 8.90
運 算 負 載 2.56 0.43 2.20 14.50 243.16
表 七 Linux 加 入 即 時 功 能 而 以 Real-Time Task 方 式 實 作 所 中 斷 常 式 測 出 的
結 果 (microsec)
表 六 與 七 分 別 為 標 準 Linux 核 心 與 加 入 即 時 功 能 的 Linux 核 心 處 理 中 斷 的 效
率 比 較 , 很 明 顯 可 以 看 出 , 加 入 即 時 功 能 的 Linux 核 心 對 於 中 斷 的 處 理 大 部 分 都
可 以 在 10 microseconds 內 處 理 完 畢 , 最 遲 不 過 25 microseconds, 但 是 對 於 標 準
Linux 核 心 而 言 , 同 樣 的 中 斷 處 理 居 然 可 以 慢 到 好 幾 秒 甚 至 於 數 十 秒 鐘 , 這 對 即
時 需 求 的 應 用 而 言 , 根 本 不 可 行 。
6. 開 發 工 具 與 環 境
對 系 統 的 開 發 者 而 言 , 好 的 發 展 環 境 可 以 加 速 產 品 的 開 發 流 程 , 增 進 效 率 。
但 是 一 般 這 類 的 發 展 工 具 都 是 非 常 昂 貴 的 , 如 何 能 找 到 一 套 便 宜 好 用 的 發 展 工 具
則 是 本 章 節 所 要 介 紹 的 。 自 由 軟 體 的 優 點 不 僅 只 於 價 格 低 廉 , 品 質 優 於 時 下 流 行
的 系 統 , 更 重 要 的 是 它 提 供 程 式 原 始 碼 , 廠 商 可 以 跟 具 自 己 的 需 求 去 開 發 或 使 用
這 些 軟 體 。 以 下 介 紹 內 嵌 式 作 業 系 統 發 展 所 需 的 工 具 。
跨 平 台 編 譯 器 , 鏈 結 器 , 載 入 器 , 函 式 庫
任 何 的 內 嵌 式 系 統 計 劃 , 都 需 要 有 一 個 好 的 跨 平 台 編 譯 器
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(cross-compiler)[19][20]、 聯 結 器 (Linker) 及 載 入 器 (loader)。GNU 的 編 譯 器 與 聯
結 器 , gcc 及 ld, 是 一 個 相 當 便 宜 、 成 熟 、 穩 固 而 且 多 功 能 的 編 譯 器 , 它 能 夠 針
對 許 多 不 同 的 系 統 , 產 生 高 品 質 的 程 式 碼 ,GNU 的 編 譯 器 與 聯 結 器 除 了 成 熟 、
穩 固 之 外 , 它 還 有 許 多 相 當 精 巧 的 功 能 , 例 如 :
語 法 與 執 行 期 潛 在 錯 誤 檢 查 :
GNU 編 譯 器 提 供 許 多 Command-line 的 選 項 可 以 在 編 譯 階 段 找 出 許 多 程 式
潛 在 的 問 題 , 例 如 “-Wall” 這 個 參 數 可 以 要 求 編 譯 器 針 對 所 有 可 疑 的 問 題 都 對 使
用 者 提 出 警 告 。
在 C 程 式 中 穿 插 組 合 語 言 指 令 :
GNU 編 譯 器 提 供 一 個 強 而 有 力 的 語 法 , 它 可 以 在 C/C++ 程 式 碼 中 , 直 接
寫 組 合 語 言 程 式 碼 , 而 且 不 會 影 響 到 編 譯 器 做 最 佳 化 的 功 能 。
安 裝 GNU 跨 平 台 編 譯 器 ( 鏈 結 器 、 載 入 器 、 函 式 庫 ) 需 要 有 點 耐 心 , 通 常 都
不 太 順 利 。 因 為 一 般 人 較 少 會 去 建 構 一 個 內 嵌 式 系 統 的 發 展 環 境 , 有 問 題 的 話 可
就 要 自 己 想 辦 法 解 決 。
除 錯 器 Debugger
GNU Debugger (GDB) 可 以 說 是 世 界 上 使 用 最 廣 的 一 種 除 錯 器 之 一
[21][22], 它 是 一 套 相 當 完 整 得 多 功 能 除 錯 器 , 使 用 者 介 面 是 以 文 字 為 基 礎 , 可
以 用 來 對 C,C++,PASCAL,FORTRAN,Assembly language 所 寫 的 程 式 作 除
錯 。GDB 功 能 強 大 , 最 基 本 的 一 些 功 能 比 如 在 程 式 中 設 中 斷 點 , 單 步 執 行 , 觀
察 記 憶 體 內 容 , 觀 察 register 內 容 等 。 除 此 之 外 ,GDB 還 能 對 遠 端 的 機 器 作 除
錯 的 操 作 , 它 有 一 套 通 訊 協 定 ,RSP (remote serial protocol), 可 以 用 來 作 為 GDB
遠 端 除 錯 Host 與 Target 之 間 互 相 溝 通 的 協 定 。 因 為 GDB 有 這 種 功 能 , 除 了 能
夠 對 Linux 核 心 除 錯 之 外 , 它 也 很 適 用 於 內 嵌 式 系 統 。 除 了 一 些 基 本 功 能 之 外 ,
GUN debugger 還 有 一 套 Script language 可 以 來 對 系 統 做 一 聯 串 的 設 定 及 測 試 。
GDB 是 種 互 動 性 工 具 , 雖 然 文 字 型 態 以 下 命 令 方 式 的 GDB 已 經 提 供 很 強 的 功
能 了 , 但 是 對 大 多 數 人 而 言 , 圖 型 使 用 者 介 面 仍 然 是 最 容 使 用 的 。 因 此 有 許 多 的
軟 體 以 GDB 為 基 礎 , 整 合 成 一 套 圖 型 使 用 者 介 面 的 GDB, 例 如 Emacs, 它 除
了 是 一 套 功 能 強 大 的 編 輯 器 之 外 , 它 還 可 以 在 它 的 畫 面 中 列 出 原 始 程 式 碼 以 及
program counter, 透 過 Emacs 的 命 令 列 還 可 以 對 GDB 下 指 令 。 除 了 Emacs 之
外 , 其 他 類 似 的 軟 體 還 有 xxgdb,mxgdb,DDD,kdgb,Code Crusader 及 wind
River’s Crosswind 。 圖 四 為 DDD 除 錯 器 的 畫 面 [23] 。
12

整 合 性 發 展 環 境 與 工 具 (IDE)
圖 四 DDD 的 GDB 畫 面
有 些 公 司 就 專 門 發 展 一 些 軟 體 , 將 開 發 一 套 系 統 所 需 的 一 些 工 具 , 整 合 成 一 套
package, 方 便 系 統 開 發 者 使 用 , 例 如 Red Hat 的 GNUPro Tool kit。 但 是 這 些
Tools 都 相 當 昂 貴 , 所 幸 , 也 有 人 針 對 這 種 需 求 , 開 發 相 關 的 工 具 ,Kdevelop 這
個 計 畫 就 是 為 了 在 Unix 的 環 境 下 提 供 整 合 C/C++ 編 譯 器 的 整 合 性 開 發 環 境
IDE,Kdevelop[24] 可 以 在 KDE 或 GNOME 的 圖 形 介 面 的 環 境 下 執 行 。 圖 五 為
Kdevelop 1.1 版 在 GNOME 下 執 行 的 畫 面 。
一 套 整 合 性 開 發 工 具 通 常 都 有 許 多 不 同 的 性 質 的 功 能 , 函 蓋 開 發 過 程 中 所 需
的 工 具 , 以 Kdevelop 而 言 , 它 提 供 以 下 所 列 的 功 能 :
Project Management: 提 供 專 案 計 畫 管 理 , 可 單 獨 對 某 一 檔 案 作 屬 性 設 定 ,
並 且 協 助 程 式 設 計 者 整 合 開 發 進 度 , 作 版 本 控 制 。
Dialog Editor: 幫 助 使 用 者 很 容 易 的 由 內 建 的 對 話 盒 , 去 建 構 GUI 使 用 者 介
13

面 , 由 於 Kdevelop 完 全 open source, 使 用 者 也 可 以 借 由 修 改 內 建 的 對 話 盒 的 程
式 , 來 提 供 更 多 的 功 能 。
Graphical Class Viewer/Class parser/ Class tools: 可 提 供 概 觀 專 案 中 所 有 的 類
別 (Class)、 類 別 中 的 C 及 C++ 敘 述 、 類 別 的 結 構 、 運 算 子 等 。 類 別 工 具 (Class tools)
的 對 話 盒 可 以 增 加 、 減 少 或 修 改 類 別 的 屬 性 , 類 別 工 具 (Class tools) 是 Kdevelop 的
一 個 新 的 功 能 , 它 基 本 的 想 法 是 可 以 利 用 類 別 工 具 來 觀 察 類 別 之 間 的 繼 承
(inherence) 關 係 以 及 類 別 的 方 法 (method)。
整 合 性 除 錯 工 具 : Kdevelop 1.1 版 提 供 了 一 個 整 合 性 除 錯 器 , 使 用 者 在 使 用
Kdevelop 的 Class Viewer 時 , 可 以 有 效 率 的 找 出 問 題 , 這 個 除 錯 器 可 以 以 原 始
碼 的 型 式 除 錯 , 設 定 中 斷 點 , 觀 察 變 數 與 堆 疊 的 內 容 等 。
YARD
就 以 前 面 所 提 到 的 小 型 Linux 套 件 而 言 , 對 一 個 熟 悉 Linux 的 使 用 者 而 言 ,
從 標 準 的 Linux 套 件 中 抽 取 所 需 的 部 份 , 放 入 一 或 兩 片 磁 片 中 , 不 需 要 硬 碟 就
可 以 boot up Linux 的 工 作 而 言 , 並 非 難 事 。 麻 煩 的 地 方 在 於 如 何 選 擇 所 要 的 檔
案 功 能 , 函 式 庫 , 區 動 程 式 等 , 這 些 工 作 非 常 煩 雜 。Bootdisk_HowTo 的 作 者 Tom
Fawcett 特 別 針 對 這 種 的 需 求 , 以 Perl 語 言 寫 了 一 個 Script file,YARD[25], 可
以 用 來 由 標 準 的 Linux 套 件 中 抽 出 必 要 的 部 分 , 做 成 一 片 開 機 磁 片 。
BusyBox
BusyBox [26] 是 一 個 小 型 的 UNIX 公 用 程 式 , 它 將 許 多 常 用 的 功 能 如 檔 案 的
公 用 程 式 ,Shell 的 公 用 程 式 , 搜 尋 的 公 用 程 式 ,grep,gzip,tar 等 等 , 放 入 一
個 小 的 執 行 檔 中 , 檔 案 大 小 約 為 200 多 K bytes, 可 以 用 來 取 代 大 部 份 常 用 的 公
用 程 式 , 當 然 ,BusyBox 內 的 功 能 是 比 正 常 公 用 程 式 來 得 少 , 但 由 於 它 很 小 , 大
部 份 常 用 的 選 項 都 能 夠 提 供 , 很 適 合 應 用 於 小 型 系 統 或 是 內 嵌 式 系 統 。BusyBox
另 外 也 提 供 一 些 Script 檔 可 以 將 原 先 系 統 所 使 用 的 指 令 程 式 重 新 鏈 結 到
Busybox, 讓 使 用 者 運 用 這 些 指 令 時 , 並 不 會 感 到 有 何 差 異 。
因 為 BusyBox 設 計 得 相 當 精 簡 而 且 模 組 化 , 其 他 的 模 組 可 以 很 容 易 的 在 編
譯 時 加 入 或 移 除 , 因 為 有 此 特 性 ,BusyBox 可 以 針 對 使 用 者 需 求 去 設 計 一 個 專
屬 的 軟 體 模 組 , 加 到 一 個 內 嵌 式 系 統 中 。 有 許 多 計 劃 也 是 使 用 BusyBox, 如 Linux
Router Project,Lineo Linux。
TinyLogin
TinyLogin [27] 是 一 套 小 型 的 Unix 公 用 程 式 , 它 可 以 用 來 處 理 登 入 作 業 ,
對 登 入 的 使 用 者 作 認 證 , 更 改 使 用 者 的 密 碼 , 或 是 作 為 內 嵌 式 系 統 的 使 用 者 與 群
組 之 管 理 , 它 也 提 供 shadow password 以 提 昇 系 統 的 安 全 性 。 就 如 同 它 的 名 字 所
示 ,TinyLogin 程 式 很 小 , 很 適 用 於 記 憶 體 空 間 很 小 的 環 境 如 Boot Disk 或 內 嵌
式 系 統 , 它 可 以 與 BusyBox 作 一 個 完 美 的 結 合 或 者 是 單 獨 使 用 。
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ASH
Ash[28] 是 一 套 與 POSIZ 標 準 相 容 的 shell, 它 很 像 ”bash”, 但 是 它 程 式 碼
跟 ”bash” 比 起 來 小 很 多 , 因 為 它 的 功 能 有 限 , 所 函 括 到 的 函 式 庫 也 很 少 , 所 以 很
適 合 運 用 在 內 嵌 式 系 統 中 。
7. 結 論
圖 五 Kdevelop 的 IDE 畫 面
Linux 在 內 嵌 式 作 業 系 統 發 展 日 新 月 異 , 本 文 只 是 節 錄 部 分 發 展 中 的 計 劃 ,
在 寫 完 這 篇 文 章 的 同 時 , 網 路 上 又 有 更 多 更 新 的 關 於 內 嵌 式 Linux 相 關 資 料 被
發 表 , 可 見 內 嵌 式 Linux 的 發 展 是 相 當 被 許 多 人 所 看 好 。 但 是 , 以 目 前 的 情 況 而
言 , 內 嵌 式 Linux 尚 未 達 到 一 般 商 業 RTOS 的 境 界 , 仍 有 許 多 地 方 有 待 加 強 , 例
如 Linux 的 縮 小 化 , 雖 然 一 些 小 型 Linux 的 套 件 已 經 可 以 將 它 縮 小 到 一 張 磁 片 以
內 , 相 較 於 一 般 RTOS 數 十 Kbytes 的 核 心 仍 是 太 大 , 如 果 能 將 目 前 核 心 所 存 的
一 些 功 能 如 驅 動 程 式 ,TCP/IP Protocol Stack, 檔 案 系 統 等 等 抽 離 核 心 , 使 核 心 只
單 純 到 做 一 些 基 本 功 能 如 ,Thread 控 制 , 程 序 間 通 訊 , 同 步 機 制 等 , 其 他 功 能
則 以 核 心 Thread 的 形 式 互 相 合 作 , 來 提 供 上 層 應 用 軟 體 的 系 統 軟 體 平 台 。 如 此
一 來 將 可 以 更 進 一 步 縮 小 核 心 的 大 小 , 也 可 以 在 核 心 中 動 態 的 加 入 或 抽 出 某 些 功
能 而 無 需 重 新 編 譯 核 心 , 更 可 以 給 應 用 層 撰 寫 即 時 程 序 的 能 力 ( 核 心 Thread 可 提
供 等 級 )。 這 樣 Linux 將 更 適 用 於 內 嵌 式 系 統 。
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附 錄 及 參 考 資 料
1. Joel R. Williams, “Embedding Linux in a Commercial Product”, August,
1999.www.emlinux.com
2. Free Software Fundation http://www.fsf.org/
3. Jerry Epplin, “Linux as an Embedded Operating System”, Embedded
System Programming, October 1997.
4. Etlinux: http://www.prosa.it/etlinux/
5. Embedix: http://www.lineo.com/
6. BlueCat: http://www.lynx.com
7. eCos : http://sourceware.cygnus.com/ecos/
8. Alfalinux Home Page http://alfalinux.sourceforge.net/alfaeng.php3
9. Linux Router Project, www.linuxrouter.org
10. Phil Hochmuth “Diskless Linux terminals”,
11. Syslink : ftp://ftp.kernel.org /pub/linux/utils/boot/syslinux
12. Thin Linux: http://www.thinlinux.org/
13. How to build your own version of PicoBSD
http://www.freebsd.org/~picobsd/
14. Victor Yodaiken, “The RT-Linux approach to hard real-time”, RT-Linux.org
Web site.
15. Michael Borabanov & Victor Yodaiken,”Introducting Real-Time Linux”.
16. RTAI: A Hard Real Time support for LINUX
http://www.aero.polimi.it/projects/rtai/
17. P. Mantegazza, E. Bianchi, L. Dozio,”Introducing the Real Time
Application Interface (RTAI) for Linux”
18. Test Real-Time Linux http://www.fisica.unlp.edu.at/rt/
19. Embedded Linux How-to: Linux Documentation project
http://metalab.unc.edu/mdw/
20. Install GCC, http://gcc.gnu.org/install/index.html
21. Stan Shebs, “GDB: An Open Source Debugger for Embedded
Development”, March 1999, ESC Online, www.esconline.com
22. Gatliff, Bill, “Embedding with GNU: The GNU Debugger”, Embedded
Systems Programming, September 1999, p.80.
23. The Data Display Debugger,
http://linux.cis.nctu.edu.tw/docs/ddd/index.html
24. Kdevelop : C/C++ IDE (Integrated Development Enviroment) for Unix.
http://www.kdevelop.org/
25. YARD : A suite of Perl scripts for creating rescue disks
http://www.croftj.net/~fawcett/yard/
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26. BusyBox: http://busybox.lineo.com/
27. TinyLogin: smallest login/passwd/getty/etc http://tinylogin.lineo.com/
28. Ash: http://www.debian.org/Packages/unstable/shells/ash.html
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