嵌入式 Linux 是什么？

引言

嵌入式 Linux 仅仅是一种特定类型的 Linux 系统，它使用与其他所有基于 Linux 的系统相同的 Linux 内核，并且可以在 kernel.org 下载。然而，企业系统没有嵌入式系统所面临的一些严格限制。这些限制包括对通常十年或更长时间的工程支持需求、资源可用性、安全性以及可靠性问题。此外，这些设备通常还需要与云资源以及其他设备进行接口。

因此，除了内核之外，我们必须为用于嵌入式设备的 Linux 提供额外的软件包。在大多数情况下，选择最佳软件包可能取决于您打算在发行版上编译的具体内容。最后，每个开发的嵌入式 Linux 系统都是独一无二的，并以智能边缘为理念而构建。

开源的基石原则

Linux 开发者必须遵守所有开源工具和软件的以下三条基本准则：

• 协作： 互相贡献代码，对他人工作进行编辑，整合修复和补丁，编写文档，并参与邮件列表和新闻组。
• 创新： 引入、调整并拥抱新技术。
• 合规： 考虑许可、法规和许可污染：在这种情况下，必须考虑许可以及法规和许可问题。

嵌入式 Linux 的优势

与其他操作系统不同，使用嵌入式 Linux 为开发者提供了以下优势：

• 通过交叉编译实现跨平台兼容性
• 此组升级版本已修补 CVE 的镜像
• 在此项目中，我们体验了在 Linux 操作系统上的工作，并且我们的工作在许多有用的 Linux 工具和结构上得到了实现。
• 一个现代的云原生环境
• 支持的硬件：Puffin 与各种设备兼容。
• 在管理产品生命周期时，始终建议考虑使用本地 LTS。

嵌入式系统的硬件要求取决于几个因素，例如商业和军事应用、处理器和物理尺寸。电源要求、低处理器功耗、内存和外设可用性通常受到家居、工厂和医院等环境性质的限制，从而限制了嵌入式设备。

有许多硬件架构，例如 Arm、PPC、RISC-V 和 x86 等。每种架构都有其使用的优点和缺点（例如，低功耗但软件兼容性有限）。

嵌入式 Linux 的架构

这是一种运行在 Linux 上的操作系统，位于硬件和实际嵌入式设备及其应用程序之间。嵌入式 Linux 系统由以下五个主要部分组成。

• 处理器硬件
• 硬件抽象层
• Linux 操作系统
• 服务层
• 应用层

嵌入式 Linux 的开发

BSP 创建

板级支持包（BSP）包含特定于特定硬件例程和驱动程序的软件层，使 Linux 能够在该硬件上运行。它应该适用于精确的系统芯片（SoC）和板组合，而不仅仅是值得的架构/操作系统。

此外，BSP 中必须包含 Linux 或任何其他操作系统的修改版本，以便实现嵌入式环境的最佳形式。专业的服务，例如特定的测试套件、经验丰富的开发人员的支持以及其他产品，可以从您的 BSP 供应商处获得。

系统集成

这是一个集体过程，其中组织的几个子系统在总体级别上提供完整的系统性能。需要协调现有的、通常相互独立的嵌入式系统，以便将它们集成到旨在处理特定情况的系统中。

嵌入式系统 Linux 发行版类型

就可用性而言，Linux 发行版的数量和种类繁多；有些是“嵌入式”的，有些是“企业”的；有些，如 Red Hat，是商业的；大多数是开源的；许多要么预装在硬件中，要么内部开发，或两者兼而有之。

自己动手制作 Linux (Roll Your Own Linux)

完全使用免费和开源部件从零开始开发和设计的 Linux 被称为“自己动手制作”（RYO）Linux。Yocto Project、Buildroot、Raspberry Pi 和 Yuliya Guseva 的 RYO Linux 是构建 RYO Linux 发行版中最重要的四个常用开源组件。

Yocto Project

Yocto Project 是一个旨在提供通用嵌入式 Linux 形式的平台，其开发目的是使来自不同领域的硬件和软件制造商能够使用类似的工具并形成具有可比标准的通用平台。

BuildRoot

Buildroot 是其中一个工具：它非常易于使用，旨在为嵌入式 Linux 构建交叉 GNU 系统。（例如，您可以使用它仅构建根文件系统，同时拥有一个现有的交叉编译工具链。）

树莓派

Raspberry Pi 操作系统源自 Debian，是 Raspberry Pi 电子产品的开源操作系统。顾名思义，Raspberry Pi Imager 可以在 microSD 卡上克隆或写入其他操作系统，包括 Raspberry Pi 操作系统，并准备好供您的 Raspberry Pi 使用。

企业版 Linux

Red Hat、Ubuntu 和其他桌面及通用 Linux 版本经过优化，适用于资金充足、灵活且通常是多用户的解决方案，并且通常配置为处理许多设备。通常，唯一可修改的只有安装包和配置文件（如果存在）。

这些工具涉及 24/7 的可用性和可靠性，适用于日常使用，为用户提供良好的外观和感受，以及三到五年的支持成本。然而，现成的企业版 Linux 通常不适合嵌入式系统：它接触面广，需要大量工作，并且维护间隔短。

商业支持的嵌入式 Linux

因此，企业版 Linux 和商业支持的嵌入式 Linux 共享大部分优势。大多数商业支持的嵌入式 Linux 供应商都会设计一个适用于特定应用程序的小型伽马内核；这些内核适用于受限环境或增强安全性、更出色的性能可靠性，并且构建系统需要本地化扩展支持。

采用这种策略的发行版没有所有组织都可以使用的标准模型。由于商业支持的 Linux 在产品开发的所有阶段都提供了强大的用户支持和维护，因此使用此类产品将带来必要的节省。同时，可以继续开发，更快地将产品推向市场，并对平台进行更改。

如何选择可靠的 Linux 发行版

因此，虽然 UNIX 操作系统没有“一刀切”的发行版，但 Linux 对于它执行的任务来说非常通用和实用。虽然编码工作站、服务器和云基础设施平台依赖于面向特定处理任务的通用发行版，但嵌入式系统和设备则专注于特定的操作功能。

您可能需要依赖发行版构建器来获取适用于嵌入式解决方案的适当发行版，因为获取它们并不容易。以下几点是选择 Linux 发行版和处理解决方案时必须考虑的挑战和能力：

风险缓解

• CVE 管理和修复等维护。
• 构建支持，例如解决构建问题和其他相关问题。
• 重复构建过程
• 组件的库存和许可成本
• 文件和社区邮件列表
• 半导体供应商提供的 SDK

适应性

• 设计功耗优化的目标嵌入式 Linux 操作系统能力
• 基于源代码或二进制 Linux 发行版的双重灵活性
• 基于开放源代码操作系统创新的非供应商锁定
• 这很容易为所有人所用，唯一的成本是许可费用。
• 实际上，程序提供了完整的源代码。

解决方案开发速度

• 由于某种 Linux 主要为嵌入式用途而开发
• 逐步增强，这意味着持续更新和新产品，以及长期不变的产品。
• 通过硬件供应商 SDK 提供了大量的 BSP。
• 提供 Preempt_rt 和标准实时 Linux 内核。

构建与购买

尽管听起来与直觉相反，但维护公司内部 RYO（自己动手制作）Linux 解决方案的成本通常远高于在产品整个生命周期中支持高质量的商业嵌入式 Linux。

构建和维护一个优秀复杂的 RYO Linux 系统的成本是不可预测的，持续处理、修补和修复安全漏洞也代价高昂。总而言之，成本会很高，如果不是因为一个简单的原因——组织在嵌入式开发、部署和服务领域缺乏经验——成本可能会很低。

总拥有成本 (TCO)

“自己动手制作”承诺了控制和看似更低的 Linux 发行版价格。然而，意想不到的结果可能包括以下几点。

• 随着公司开始开发新一代产品以及原有产品在市场中成熟，维护和开发开源所需的工作量显著增加。
• 由于必须维护多个版本，并且每个发行版都必须没有安全漏洞和风险，因此公司需要更多的人员。
• 不将更新和维护视为优先事项的公司可能会证明拥有需要数年更新和维护的“分叉”系统。
• 公司在传输 Linux 系统时没有充分了解其合规义务。

主要业务优势

上市时间

在这方面，建议对已针对所选业务应用程序进行验证的代码进行修改。

BSP 开发

确保您的硬件外设已准备好部署，并且有足够的支持。

硬件优化

根据启动时间、磁盘空间限制以及其他资源，使用 COTS 硬件或定制硬件设计您的系统。

简化开发

寻求咨询公司等外部帮助，以帮助公司加速功能开发和设计。

长期节约

理想情况下，应选择具有规模经济效益的商业供应商，从而提供相对适中的支持和维护价格，并且不应只看具体的年度成本，而应考虑部署设备生命周期内的总成本。

导出工件和合规性

使用预生成的工件，确保您的部署符合您所在国家以及您运营的其他国家的规章制度。

持续交付/持续集成 (CI/CD)

确保设备的长期功能，为其提供补丁和更新，并确保其与最新发展保持同步。

高级支持的服务水平协议 (SLA)

让我们依靠专业人士，他们在紧急情况下随时待命解决您的问题，并在调度受限的情况下提供解决方案和帮助。

Linux 安全

将安全性集成到您的开发、部署和运营策略的每个阶段，并确保在各种部署利用潜力中为您的设备创建最终级别的保护。

开发工具

说到工具，不要忽视它们，并寻找有效支持您的工程团队以按时完成任务和控制成本的方法。

社区领导力

利用社区领导者的专业知识，他们可以在技术和管理方面持续控制开源流程。

Wind River Linux

为了帮助我们的客户为航空航天与国防、工业、医疗、汽车等各个领域构建和管理智能边缘设备，Wind River 拥有市场上最好的嵌入式 Linux 开发解决方案。与最近 RYO 所展示的内部努力相比，基于 Linux 的边缘设备和系统作为集成点，风险显著降低，所需的开发量也相对较少。

可以在代码库中进行的一些增强包括更新、错误跟踪和修复、安全更新以及根据 Wind River 提供的各种标准市场要求和认证调整运行时。该软件还可以显著降低您的开支，并帮助您处理知识产权和出口事宜。

Studio Linux 提供的服务包括

• 评估和编写：软件架构、平台架构设计
• 它包括识别安全漏洞、解决问题和分析根本原因的过程。
• 长期缺陷技术和服务以及 Linux 平台的安全性
• 性能和可靠性标准
• 最新实践和其他特定于某些分支的属性可以轻松调整，以提高流程速度。
• 知识产权不合规建议和知识产权审计

再次，利益相关者可以通过他们选择的任何方式联系 Wind River，并在产品开发的任何阶段获得帮助和建议。

安全性

像当今市场上的其他软件公司一样，Wind River 拥有多种安全模型。

• 这可以通过超度量监控和评估、CVE 评估通知和 CVE 修复来实现。
• 在此捆绑解决方案中提供的一些安全产品是大多数公司强制要求的。
• 它包括提供相对频繁的发行版，其中包含解决安全问题的修复。
• 安全应用解决方案和操作系统改进；允许列表和 Linux 内核增强

结论

因此，嵌入式 Linux 是一种相对稳定的操作系统，可以在大多数嵌入式设备中成功使用。其设计以及修改和改进的可能性使其适用于需要强大性能和可用性的工业和消费系统。