基于虛擬機技術搭建嵌入式Linux系統開發環境

黃煒

摘 要 本文提出了一種利用虛擬機技術搭建嵌入式Linux系統的實現思路和設計方法，基于虛擬機的開發環境進行了系統功能的拓展研究，利用虛擬機技術開發嵌入式系統，實現了嵌入式Linux系統的開發，提升了開發的效率，滿足了實際工作的需要

關鍵詞 嵌入式Linux系統 開發系統軟件 虛擬機技術

0引言

利用虛擬機技術進行嵌入式系統的開發具有很多方面的優勢，因為虛擬機技術不會對原來測試的環境造成任何破壞，在運行完虛擬機之后進行完測試還可以恢復原來的運行環境，因此不會對系統的運行做出任何方面的更改，在系統運行的過程中虛擬機所提供的是一種獨立而可靠的運行環境，在這種可靠的運行環境之中，客戶對虛擬機的操作并不會對主機產生任何破壞，主機的運行環境也不會因而產生更多破壞。虛擬機所具備的高度的可移植性是特別豐富的，只要具備了方便而高度的可執行性，就無需備份虛擬機的文件就可以進行規范的操作，有時候只需要將一種文件移植到另一種計算機之上就可以進行簡單的操作，不需要完善所有的底層產品設計，虛擬機是一種嵌入式系統的開發過程，可以為嵌入式系統的開發提供非常廣闊的應用前景，使得一臺計算機之中可以運行多種嵌入式系統。利用Linux系統進行嵌入式系統軟件的開發不僅價格低而且可以利用豐富的系統資源，但是實現的技術設計路徑非常復雜，開發出一種嵌入式的Linux系統需要調試跨平臺的開發環境，進行嵌入系統的研究面臨著很多難題，虛擬機技術是一種新興的Linux系統應用技術，在一臺已經安裝有操作系統的計算機當中構建一個可以安裝Linux系統的虛擬機，涉及到如何進行Linux系統開發的問題，如何利用Linux系統進行環境開發涉及到很多現實問題。

1進行嵌入式系統開發的環境

嵌入式系統的優勢非常廣泛不僅成本較低可以節省大量項目資源，而且開發方便，技術路徑不復雜。嵌入式系統進行開發的環境往往是受到多種限制的，因此直接利用嵌入式軟件系統的平臺進行硬件上的直接程序編寫是困難的，目前多采用利用計算機程序進行編程的方法，利用計算機平臺進行交叉編譯，形成二進制代碼之后再復制到目標平臺的特定位置存儲，根據交叉開發環境的要求，進行嵌入式軟件的開發需要特殊的環境要求，進行交叉軟件語言編譯和文件鏈接是調整嵌入式軟件應用開發環境的必然要求，進行嵌入式應用軟件的開發和目標計算機的開發需要借助目標計算機的幫助，需要借助到宿主機。

宿主機通常是一臺普通的計算機，宿主機通過串口和網絡接口與外界進行連接，通常宿主機的硬件配置比較高端，一般包含有一個功能齊全的操作系統和可利用的豐富開發軟件，通常條件較好的宿主機有利于應用軟件的開發，宿主機一般在應用軟件開發的過程中使用，嵌入式系統可以在嵌入式應用軟件的實際環境中運行，目標機上具有一套可以替代實際運行的操作系統的模仿系統，因而目標機的硬件資源通常不如宿主機那么先進。

2嵌入式軟件環境的搭建方案

常見的嵌入式系統軟件的開發環境大都是電子計算機加上Windows操作系統或者Linux系統，通常Windows系統的內核進行代碼編寫的時候通常會涉及到項目進程，利用Linux系統進行軟件開發涉及到調試問題和編譯的交叉問題，因此采用Linux系統加Windows系統進行軟件開發更為適合計算機作為宿主機的工作。除了上述兩種開發環境之外，還可以嘗試利用更多的計算機來進行軟件和測試環境的開發，提供了良好的開發環境之后，在調試程序的時候不再奔波于多臺宿主計算機之間，可以方便的實現資源共享，只要一個合格的網絡環境，就可以在不占用過多硬件資源的情況下，方便地使用各種軟件資源，在進行程序調試的時候通常需要調用各種軟件資源，如果硬件的占用比較大，利用起來將會非常不方便，在節省了資源和成本的情況下，不需要頻繁的在Windows系統和Linux系統之間進行調換，就能把大部分工作完成，方便開發人員集中精力完成其他工作任務，在節省工作時間的同時提升了工作的效率。經過試驗探究之后，筆者發現虛擬機技術可以完美的解決系統調用的問題，虛擬機技術可以實現在傳統計算機平臺上調用多種虛擬的計算機環境，可以進行多種網絡環境情況下的開發工作，開發人員的工作效率也能提升，從而開發人員可以進行更高效率的開發調試工作。

3虛擬機技術

利用虛擬機技術可以在多臺計算機之間進行虛擬計算機系統的輪換操作，可以利用多臺虛擬計算機的操作系統實現操作軟件的封裝，模仿出多臺虛擬計算機之后，可以將虛擬計算機在物理機器上實現存放，在開發者實現最大限度的利用計算機之后，可以更好地利用硬件資源，虛擬計算機主要由如下幾種產品，第一，使用MAC系統的virtual PC，可以再Mac OS上安裝有Windows系統或者Linux系統，第二在運行Windows系統的計算機之上再運行Linux或者NETWARE系統，第三，還可以是Virtual Server，通過建立服務器專用的虛擬機服務器，模擬出虛擬的PC計算機，可以嘗試在一臺機器上虛擬出多種操作系統。常見的virtual PC for Windows虛擬機有VMWare和Virtual PC，這兩者的功能都比較強大，安裝程序也非常簡單，這兩種軟件的區分在于VMWare可以不用模擬出顯卡，但是需要通過VMWare tools來提升分辨率和色彩艷麗度，通過嘗試利用VGA，在VIRTUAL PC上面模擬出一種比較通用的顯卡S3，因此這種軟件的通用性比較強大，可以通過顯示VMWare.connectix.com網站，利用新版的VIRTUAL PC軟件，該軟件可以支持基本上所有的X86系統，可以嘗試多種操作。Virtual操作的方法和VMWare的操作方法基本上是差異很大的，VMWare可以通過虛擬網卡實現網絡功能的互相，但是通過VIRTUAL PC可以實現往卡上綁定virtual PC的服務的功能，從而實現網絡功能的共享。虛擬機技術的應用為嵌入式系統的開發帶來了很多便利條件，例如虛擬機可以還原測試后的系統鏡像，不用對原生的系統進行更改，就可以恢復到系統原來的環境，虛擬機提供的是獨立的運行環境，在這個環境之中用戶的操作不會更改虛擬機的設置，在主機與虛擬機之間不用進行文件的配置就可以輕松地創建應用場景，不需要更改系統軟件的底層設計，虛擬機為軟件的開發設置了良好環境，可以提供給系統開發者研究嵌入式系統的初始條件。

4虛擬機所需要的環境的開發

虛擬機可以實現將兩臺計算機才能夠完成的工作集中到一臺計算機當中，因此對計算機軟件運行的環境的硬件要求特別高，主要是對CPU的要求特別高，同時硬盤容量和內存大小都需要滿足一定的條件，虛擬機可以將兩臺電腦的執行任務集中到一臺電腦之中，目前的電腦CPU都是I7以上，并且內存都在4G左右，硬盤在500G大小左右，還是可以滿足運行虛擬機的要求的。筆者進行實驗所選用的電腦為I5CPU的電腦，選用的是320G的硬盤，加上4G大小的內存，虛擬機軟件選用的是VIRTUAL PC5.0，所采用的宿主操作系統是Windows7，所選用的客戶機所安裝的是Debian系統，可以充分利用win7系統所提供的服務和Debian系統所包含的豐富的軟件包，為了使得虛擬機獲得更好的運行效果，Debian系統所選用的知識最簡單的ARM工具鏈，而放棄了GUI，同時為了使得實際實驗的效果沒有延遲，選用了根據自身要求所開發的REDHat軟件，作為操作系統所采用的開發軟件，如果進行GUI的開發可能需要更高的電腦配置，筆者實驗所用的電腦可能還未達到運行GUI程序的要求。進行Virtual的安裝非常簡便，本文不再詳細描述，需要注意的是在安裝的時候需要采用靜態IP分配的安裝方法，如果所用的IP分配方法是動態的IP分配方法，即通常所稱的DHCP，那么運行Virtual PC則需要設置相同的配置方案，在運行簡單的平臺計算機構件的時候，需要采用成本比較低的網卡就行，因為Windows7系統本身并沒有過高要求，如果采用比較高端的網卡，在未進行聯網的情況下網絡有可能處于斷開的狀態，設定好的IP地址也會出現變化，變化后的網址有可能不能再次用于網絡數據的傳輸。解決上述軟件IP地址分配方法的可行方案包括將網絡連接到集線器之上，或者是對運行的WINDOWS操作系統進行網卡的熱插拔，可以考慮安裝Microsoft的loopback軟件網卡，這樣就能實現網絡共享的目標。

5結語

使用虛擬機進行嵌入式系統的開發具有多方面的優勢，因為虛擬機是一種可還原的技術，因此進行原模式的發展之后可以嘗試對測試環境進行更改和轉換，幫助系統快速的恢復原來的運行環境，虛擬機提供的是一種獨立而自然的環境，在運行的過程中可以隨時對客戶機進行簡單的操作，不用擔心實際操作環境因為主機的更換而發生任何改變。可以嘗試在虛擬機運行的時候進行網絡協議和通信協議的測試或者封裝，在虛擬機進行過備份之后可以嘗試更為方便的操作，提高移植的效果和可信度。由于Linux系統是一種開放源代碼的操作系統，因此該系統在眾多操作系統中一枝獨秀發展迅速，可以通過掌握這種系統的開發技術，降低軟件開發的成本，本文所介紹的正是利用一種虛擬機技術進行以Linux系統為開發環境的嵌入式系統開發的方法，利用的是一種Linux軟件的開發環境，可以為軟件開發人員提供便捷可靠的實用性環境。本文所提供的不僅是一種虛擬技術的搭建方法，也是一種利用Linux進行環境開發的設計思路和實現路徑，通過本文探討了如何構建基本的開發環境，實現相應系統的擴展功能，應用嵌入式系統在虛擬技術開發之中，可以降低項目成本，滿足項目需求，提高測試開發的實際效率。