（文章來源：林契于宸）

基于嵌入式Linux的工控系統以嵌入式微處理器為核心來運行嵌入式Linux操作系統。應用程序可通過網絡進行更新，并可通過鍵盤進行人機對話，數據可通過LCD現場顯示，重要數據可用文件形式保存在Flash等閃存存儲器中；數據和報警信息可通過串口向上位機傳輸，也可以通過以太網向工業以太網或Internet發布，用戶還可通過網絡實現遠程監控和遠程維護。更為關鍵的是，可充分利用Internet上已有的軟件和協議（如：flp，http以及ApachePHPMYSQL等應用程序）迅速搭建前臺數據采集系統，以實現測控系統和后臺管理系統的通訊。這種方式的優點有：

(1)不需專用的通信線路即可用現成的INTER-NET網絡將數據傳送到任何地方。(2)不僅能夠傳遞數據信號，也可以傳遞音頻和圖像信號。(3) 由于目前的INTERNET協議是現成和公開的，因此，利用大到幾十兆的 Microsoft IE瀏覽器，或小到只有600kb的Mosaic瀏覽器都可以對網絡數據進行讀取。嵌入式系統的硬件運行平臺是開發應用程序的基礎，整個開發板可基于Intel SA-1110 微處理器架構。

嵌入式系統的硬件結構框圖。該硬件針對網絡服務的應用選擇了Intel系列中的strong ARM MCU。strongARM SA-1110是一款高性能、低價位、高集成度微處理器。SA-1110芯片內部集成有能以206MHZ運行的32 bit inter strong-ARE＊*RISC處理器，以及速度可達100MHZ 的存儲器總線和靈活的存儲器控制器，可支持SDRAM、 SMROM 以及Variable-latency I/O 設備，并可為系統設計提供較高的存儲帶寬。

由于SA-1110可以適應較大流量的網絡應用，因而可為運行Linux提供硬件上的支持。此外，SA-1110還在開發板上集成有32MB的SDRAM、8MB的FLASH、10BASET以太網接口、RS232/RS485串口、I/O接口以及擴展ＦFLASH卡存儲器等。有關SA-1110更詳細的資料可參考有關資料。

嵌入式操作系統是整個嵌入式系統的核心。如前面所述，嵌入式系統在內存容量和存儲容量不足的情況下，必須對Linux進行裁減設計。標準Linux是面向PC的，它集成了許多PC所需要而嵌入式系統并不需要的功能。因此，對一些可獨立加上或卸下的功能塊，可在編譯內核時，僅保留嵌入式系統所需的功能模塊，而刪除不需要的功能塊。這樣，重新編譯過的內核就會顯著減小。

經過分析發現，虛擬內存是導致Linux實時性不強的原因之一。在工業控制中，一些任務要滿足一定的實時性要求，屏蔽內核的虛擬內存管理機制可以增強Linux的實時性。當要更改內核的某項機制時，一般不必大規模地寫代碼，可采用條件編譯的方法。同時由于Linux系統對應用進程采用的是公平的時間分配調度算法，但這一算法也不能保證系統的實時性要求，因此要求對其進行更改。更改途徑有兩種：一是通過POSIX，二是通過底層編程。筆者是通過Linux的實時有名管道(FIFO)的特殊隊列來處理實時任務的先后順序。實際上，實時有名管道就象實時任務一樣從不換頁，因而可以大大減少由于內存翻頁而造成的不確定延時。

應用程序和重要數據通常以文件的形式被存放在閃存文件系統中。JFFS2 文件系統是日志結構化的，這意味著它基本上是一長列節點。每個節點包含著有關文件的部分信息。JFFS2 是專門為象閃存芯片那樣的嵌入式設備創建的，所以它的整個設計提供了更好的閃存管理，因而具有其它文件系統不可比擬的優點。

實現上述幾個步驟后，一個小型的Linux操作系統就構造完成了。構造后的Linux包括進程管理、內存管理和文件管理等三部分。它支持多任務并行，有完整的TCP/IP協議，同時Linux內建有對以太網控制器的支持，可以通過以太網口連到以太網上，以實現遠程配置與監控。

將裁剪好的內核移植到所用的目標板上時，首先應將內核編譯成針對該處理器的目標代碼。由于不同硬件體系的移植啟動代碼會有所不同，因此，一些內核程序可能要改寫。涉及到編寫Linux的引導代碼和修改與體系結構相關部分的代碼主要是啟動引導、內存管理和中斷處理部分。將M-System公司的DOC2000作為系統的啟動設備時，引導代碼可以放在DOC上。這樣系統加電后，引導代碼即可進行基本的硬件初始化，然后把內核映象裝入內存并運行, 最后，再將調試好的內核和應用程序燒錄到閃存中。由于此時裁剪后的Linux已成功移植到目標平臺上,因此,在啟動可運行的開發系統時,就可以根據具體的應用來開發應用程序。
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