Embedded beta2 new

Embedded

Lê Ngọc GiangPhan Đình TháiPhạm Văn KhắcĐồng Tuấn Anh

Khái quát

• Giới thiệu• Phần mềm• Phần cứng• So sánh• Ứng dụng

1. Giới thiệu

1.Giới thiệu• Embedded Os?

Theo định nghĩa của IEEE thì hệ thống nhúng là một hệ tính toán nằm trong sản phẩm, tạo thành một phần của hệ thống lớn hơn và thực hiện một số chức năng của hệ thốngMột hệ điều hành được sử dụng trong các ứng dụng chuyên dùng (hệ thống nhúng)được gọi là hệ điều hành nhúng. Hệ thống điều hành nhúng thường rất nhỏ gọn và thường được thiết kế cho các hoạt động thời gian thực

• Hệ điều hành sử dụng:Embedded Linux, VxWorks, Win CE, Lynyos, BSD, Green Hills, QNX,DOS....

1.Giới thiệu

Palm OsSymbian Os

Pocket Pc 2002 WinCE

1.Giới thiệu

Do thị trường của các sản phẩm nhúng tăng mạnh nên các nhà sản xuất ngày càng sử dụng các hệ điều hành nhúng để bảo đảm sản phẩm có sức cạnh tranh và Embedded Linux đang là sản phẩm hệ điều hành nhúng có uy tín chiếm vị trí số hàng đầu.

Khả năng phát triển và tiềm năng hiện nay

Cách đây 10 năm ,Embedded Linux là một ý tưởng gây ngạc nhiên với mọi người.Những năm sau đó Embedded Linux được phát triển với nhiều phiên bản khác nhau,như DIY(do it yourself),Monta Vista,WindRiver

Khả năng phát triển và tiềm năng hiện nay

• Hiện nay 70% các nhà thiết kế các hệ nhúng cân nhắc đầu tiên sử dụng Embedded Linux cho các ứng dụng mới của mình và sau đó mới đến các hệ điều hành nhúng truyền thống như VxWorks, Win CE.

Các sản phẩm ứng dụng Embedded Linux Os

• Các sản phẩm truyền thông tiêu biểu là LCD TV nhãn hiệu Bravia của hãng Sony…

• Các sản phẩm điện tử tiêu dùng (consumer electronics), tiếp đến là trong các sản phẩm ô tô, phương tiện vận chuyển, máy móc thiết bị y tế, các thiết bị năng lượng, các thiết bị cảnh báo bảo vệ và các sản phẩm đo và điều khiển, đồ chơi, nguời máy công nghiệp, vệ tinh, bộ đọc sách e-book…

Một số Embedded Os được sử dụng hiện nay

• Lineo Embedix– Hỗ trợ thời gian thực và các ứng dụng khả năng thích ứng cao

• LynuxWorks BlueCat

• MontaVista Linux

• Vital Systems vLinux– Hỗ trợ ứng dụng sử dụng kiến trúc ARM

2.Kiến trúc của Embedded Linux

2.1 Kiến trúc tổng quát của Embedded System

Để có thể giải thích đơn giản, chúng ta sẽ xem xét một hệ thống điều khiển các tiến trình công nghiệp. Nó được thiết kế từ các máy tính kết nối mạng và tất cả đều sử dụng Embedded Linux. Hình dưới thể hiện các khối đơn giản của hệ thống.

2.Kiến trúc của Embedded Linux System

• Data acquition (DAQ)• Control• System Management (SYSM) • User interface (UI)• Kết nối bên trong giữa các thành phần sử dụng các giao tiếp

TCP/IP trên Ethenet. • SYSM có một kết nối với hệ thống mạng bên ngoài. Để điều

khiển một tiến trình, hệ thống luôn cần biết trạng thái của các tiến trình trong các thành phần khác nhau.


1. Hardware:• Vi xử lý, bộ nhớ, tụ điện, điện trở, mạch tích

hợp, bảng mạch in, connector, …. Tất nhiên, đây là thành phần bắt buột phải có cho tất cả các hệ thống nhúng.

2. Phần mềm hệ thống:• Device driver: UART, Ethernet, ADC…• Hệ điều hành nhúng: eCos, ucLinux,

VxWorks, Monta Vista Linux, BIOS…• Quản lý bộ nhớ, quản lý tiến trình, quản lý

chia sẽ tài nguyên,có thể tái sử dụng trên một hệ thống nhúng khác


3. Phần mềm ứng dụng •Không bắt buộc phải có.•Quyết định chức năng của một hệ thống nhúng.•Khó tái sử dụng trên một hệ thống nhúng khác.

II.Phần mềm

Phần mềm trong Embedded Linux

Để có thể tồn tại và phát triển, các sản phẩm công nghiệp và tiêu dùng sử dụng công nghệ nhúng cần phải thường xuyên đổi mới nhiều chức năng tiện dụng và thông minh hơn. Các chức năng này phần lớn do các chương trình nhúng tạo nên.

Embedded linux được một số phần mềm, công cụ hỗ trợ như:•Bootloaders.•Linux Kernel.•Cross compiler.•C library.•…


1.Cross Complier• Cross compiler là một trình biên dịch

được sử dụng để thực thi cho hệ thống nhúng, nó có khả năng tạo ra mã thực thi cho một nền tảng khác so với trình biên dịch được chạy.

• Vd:như là biên dịch một image của ARM trên một máy tính cá nhân dùng hệ điều hành Linux


2.Bootloader• Bootloader là một thành phần

quan trọng của hệ thống nhúng, nó cung cấp nền tảng và phân bổ cho các hệ thống phần mềm khác hoạt động.

• Bất cứ chương trình nào muốn chạy, nó phải được bootloader lấy mã số khởi tạo từ thiết bị lưu trữ (thường là bộ nhớ Flash) để khởi động. Bootloader sẽ chịu trách nhiệm quản lý chương trình đó trong suốt quá trình sống của nó.


3.Kernel Linux• Kernel Linux là phần mềm cơ bản nhất

của hệ thống Linux. Nó quản lý các phần cứng trống trong hệ thống.

• Kernel Linux xử lý hệ thống cho các chương trình và truy cập gián tiếp vào các thiết bị phần cứng. Đặc biệt, Kernel Linux có thể truy cập vào tài nguyên hệ thống mà không cần giao tiếp trực tiếp với phần cứng.

• Cấu hình Kernel cho phép loại bỏ những hỗ trợ không cần thiết, và ngược lại, nó có thể hỗ trợ thêm một thiết bị ngoại vi đặc biệt.


• Linux kernel 2.6 nhiều tính năng mới cải tiến giúp hệ điều hành tốt hơn như:

• + Tăng cường hiệu quả thời gian thực. Nó có thể đáp ứng được các nhu cầu nghiêm ngặt về thời gian.

• + Hỗ trợ cho các mô hình bộ nhớ lớn, hỗ trợ cho vi điều khiển.

• + Hỗ trợ các phần cứng mới.• Ngoài ra, Linux kernel 2.6 hỗ trợ một số vi

điều khiển không có đơn vị quản lý bộ nhớ, hỗ trợ các bộ vi xử lý m68k Motorola, Dragonball, ColdFire, Hitachi…

• 21/7/2011 Linus Torvalds đã công bố phiên bản Linux 3.0


• 4.C Library• Trong hệ thống nhúng linux, ngôn ngữ

được sử dụng chủ yếu là C, hoặc C++. Do đó, trong hệ thống nhúng linux, cũng cần có công cụ hỗ trợ các hàm thư viện C. glibc (thư viện chuẩn C trong GNU) chiếm khá nhiều chỗ, trong khi chúng ta cần tìm một thư viện C có đầy đủ các chức năng và tương đối nhỏ

• uClibc (thư viện chuẩn C trong hệ thống nhúng linux) cung cấp hầu hết các chức năng tương tự như glibc nhưng có kích thước nhỏ gọn hơn .

III.Phần cứng

Giới thiệu và tìm hiểu về phần cứng đối với Embedded Linux

• 1. Yêu cầu phần cứng:• Phải đáp ứng được được các yêu cầu sau:• -- Bộ vi xử lý / vi điều khiển 32 bit trở lên, có chứa một đơn vị

quản lý bộ nhớ (MMU). • -- Phải đủ bộ nhớ RAM cung cấp cho hệ thống. Embedded

Linux yêu cầu tối thiểu khoảng 4MB SDRam và 2MB flash đối với một hệ thống bao gồm cả networking và file system.


• 2. Khả năng tích hợp phần cứng• Hiện nay, hệ thống nhúng đang rất phát triển. Với FPGA, với

ngôn ngữ mô tả phần cứng, với sự hỗ trợ đắc lực của các phần mềm, chúng ta có thể dễ dàng xây dựng được một hệ thống tích hợp trên một chip (SoC - system on chip)


• 3. Các phần cứng tích hợp hiện nay

Đầu ghi 8 kênh

Điện thoại Motorola E680 sử dụng Embedded Linux

Thiết bị download torrent sử dụng Embedded Linux

Motorola RAZR 2


Motorola,ARM ELKS ThinLinux

IV - Ưu nhược điểm Embedded IV - Ưu nhược điểm Embedded LinuxLinux

1.Ưu điểm của Embedded Linux

• a. Chi phí thấp: chi phí phát triển, giá thành cho thuê rẻ, không mất phí bản quyền, thời gian bảo trì hệ thống thấp.

•b. Mã nguồn mở: độc lập với nhà sản xuất, được phát triển bởi nhiều hãng, nhiều người với nhân Linux và các ứng dụng khác.

•c. Giao diện Hệ Điều Hành gọn nhẹ (Portable Operation System Interface)

•d. Khả năng xử lí mạnh: Hiệu suất thực thi cao, nhanh, tần suất thất bại thấp, chạy ổn định, hỗ trợ nhiều tập công cụ và tiện ích, khả năng làm việc với mạng cao.

•e. Hỗ trợ đa dạng phần cứng: từ 1 đến nhiều vi xử lí, từ các hệ thống đơn giản đến phức tạp, hỗ trợ đầy đủ khả năng tùy biến người dùng trong tất cả các thành phần của nó.

2.Nhược điểm của Embedded Linux

• Embedded Linux không phải là hệ điều hành thời gian thực:– Nên có thể không phù hợp với một số ứng dụng như điều khiển quá

trình.– Các ứng dụng có các yêu cầu xử lý khẩn cấp.

• Thiếu một chuẩn thống nhất.• Không phải là sản phẩm của một nhà cung cấp duy nhất, nên khả năng hỗ

trợ kỹ thuật ít.

3. So sánh Embedded Linux với hệ nhúng khác (Windows CE)

WinCE

Không phải hệ điều hành thời gian thực

Hệ điều hành thời gian thực

Chạy tốt trên những hệ thống vừa và nhỏ

Phải chạy trên những hệ thống có bộ nhớ RAM và ROM lớn hơn.

Không có(hoặc ít) hỗ trợ về kỹ thuật Có hỗ trợ về kỹ thuật

Hệ điều hành mã nguồn mở Hệ điều hành không mở, thu phí

V.Giới thiệu về các ứng dụng dựa trên nền Embedded Linux

1.BAE Systems

• Hãng sản xuất vũ khí BAE Systems Bofors (Karlskoga, Sweden) đã chọn MontaVista Linux để điều khiển các hệ thống pháo mặt đất và pháo trên tàu chiến mới nhất của hãng. Việc chọn bộ phần mềm Linux nhúng thương mại này nhằm mục đích lập trình nhanh và có sự hỗ trợ dài hạn mà các ứng dụng quân sự yêu cầu.

2.BAE Systems

2.BAE SystemsBAE Systems dùng MontaVista Linux điều khiển các hệ thống

súng

Doanh thu của BAE system

Embedded beta2 new

Education