Embedded Linux là một biến thể của hệ điều hành Linux được thiết kế và tối ưu hóa để chạy trên các thiết bị nhúng. Các thiết bị nhúng là những hệ thống máy tính nhỏ gọn và thường được tích hợp trong các sản phẩm điện tử tiêu dùng, công nghiệp, ô tô, viễn thông, và nhiều lĩnh vực khác. Embedded Linux cung cấp một nền tảng mạnh mẽ, linh hoạt và tiết kiệm chi phí cho việc phát triển các thiết bị này. Trong bài viết này Vietnix sẽ cung cấp những kiến thức cơ bản để bạn đọc hiểu được Embedded Linux là gì.
Linux là gì?
Linux là tên của một loại kernel và các hệ điều hành Unix theo GNU GPL. Về cơ bản thì Linux cũng tương tự như các hệ điều hành khác như Windows, macOS hay iOS; tức là cũng có giao diện đồ họa và các loại phần mềm desktop phổ biến như công cụ xử lý văn bản, chỉnh sửa ảnh, video,…
Mặt khác, Linux vẫn có nhiều điểm khác biệt rõ rệt. Đầu tiên chính là bộ phần mềm mã nguồn mở. Các code dùng để xây dựng nên Linux cũng hoàn toàn miễn phí và công khai, cho phép người dùng tự do xem và chỉnh sửa theo ý mình.
Bên cạnh đó, mỗi bản phân phối Linux cũng cung cấp rất nhiều tùy chọn phần mềm khác nhau, vì vậy có thể nói Linux có khả năng tùy chỉnh cao. Linux hiện diện ở rất nhiều ứng dụng và thiết bị trong đời sống hàng ngày, và rất nhiều người đã từng tiếp xúc với Linux mà không hề hay biết. Thậm chí hầu hết các website trên Internet cũng có thể được tạo ra từ các server Linux. Nhiều các công ty và cá nhân cũng lựa chọn Linux cho server bởi sự an toàn, linh hoạt và cộng đồng hỗ trợ người dùng rộng lớn của nó.
Embedded Linux là gì?
Trước hết hãy nói sơ qua về khái niệm hệ thống nhúng. Embedded system (hệ thống nhúng) là một tập hợp của phần cứng và phần mềm máy tính dựa trên bộ vi điều khiển hoặc vi xử lý, được kiểm soát bởi một hệ điều hành thời gian thực (real-time OS – RTOS). Các hệ thống này có bộ nhớ giới hạn nhưng có thể có nhiều kích thước và độ phức tạp khác nhau. Embedded Linux cũng là một loại hệ điều hành/kernel được thiết kế để cài đặt và sử dụng trong các thiết bị hay hệ thống nhúng.
Mặc dù sử dụng cùng một loại kernel nhưng embedded Linux vẫn có một số điểm khác biệt nhất định so với các hệ điều hành tiêu chuẩn. Trước hết, embedded Linux được thiết kế riêng cho các hệ thống nhúng nên có kích thước nhỏ hơn rất nhiều, do đó cần ít sức mạnh xử lý và ít tính năng hơn. Vì vậy các bản Linux này chỉ có thể chạy những ứng dụng được thiết kế riêng cho một thiết bị nhất định.
Embedded Linux có độ linh hoạt cao, chi phí thấp và mã nguồn mở. So với các hệ điều hành nhúng khác thì Linux có thể hỗ trợ nhiều phần phần mềm, có kernel ổn định và cho phép đọc, chỉnh sửa hay phân phối lại mã nguồn.
Các ứng dụng phổ biến
Với những đặc điểm kể trên, không ngạc nhiên khi embedded Linux là một lựa chọn hàng đầu cho các hệ thống nhúng. Rất nhiều thiết bị điện tử như điện thoại, tablet, camera, phần mềm cho xe hơi, thiết bị mạng,… đều được phát triển dựa trên Linux. Trong đó phổ biến nhất phải nói đến Android, được phát triển bởi Google dựa trên embedded Linux.
Embedded Linux được phát triển như thế nào trên Windows?
Trong phần tiếp theo, hãy cùng tìm hiểu một số vấn đề liên quan đến môi trường phát triển embedded Linux trên Windows. Trong thực tế, việc phát triển sản phẩm embedded Linux chủ yếu được thực hiện bằng chính các host Linux. Phiên bản PC cung cấp nhiều thư viện và tiện ích có sẵn hơn nên đây sẽ là một lựa chọn lý tưởng để phát triển code cho embedded Linux.
Mặt khác, đối với những kỹ sư lần đầu làm quen với Linux, hoặc thích sử dụng Windows làm môi trường phát triển hơn thì thế nào? Giải pháp đơn giản nhất chính là sử dụng các môi trường ảo như VirtualBox hay VMware Player. Khi đó người dùng có thể tiếp tục làm việc trên Windows mà vẫn sử dụng được môi trường máy ảo Ubuntu (hoặc các bản phân phối Linux khác) để phát triển sản phẩm embedded Linux.
Ngoài ra, công nghệ container (vùng chứa) gần đây cũng đang dần trở thành một giải pháp lý tưởng cho việc phát triển embedded Linux, cho phép chạy bản phân phối Linux ở trên chính hệ điều hành Windows.
Windows Subsytem for Linux (WSL) là gì?
Chính Microsoft cũng đã tiến một bước quan trọng trong việc hỗ trợ môi trường phát triển Linux trên hệ điều hành Windows của mình với sự ra đời của WSL (hệ thống Windows phụ cho Linux), có sẵn trong phiên bản Windows 10.
WSL cung cấp một giao diện kernel tương thích với Linux do chính Microsoft phát triển, đồng thời cũng có thể chạy một userspace GNU ở trên. Khi đó các công cụ phát triển Linux có thể dễ dàng được cài đặt trong môi trường Linux gốc dựa trên WSL.
Với sự hỗ trợ của WSL, các developer muốn phát triển bằng host Windows có thể tiếp tục làm việc trên môi trường quen thuộc mà vẫn có môi trường phát triển Linux trên cùng một host.
Embedded Linux và Android
Hệ điều hành Android là một loại embedded Linux và được tùy chỉnh riêng cho các thiết bị smartphone. Về bản chất thì Android có loại Linux kernel giống với các thiết bị nhúng, đồng thời có cùng driver, công cụ quản lý bộ nhớ hay khả năng kết nối mạng giống nhau. Mặt khác, kernel của Android có thêm một số chức năng được hỗ trợ bởi các dự án mã nguồn mở khác.
Google đã xây dựng Android như một hệ điều hành di động với hệ sinh thái khác biệt so với Linux cổ điển. Giao diện người dùng được tối ưu cho các thiết bị màn hình cảm ứng, đồng thời còn có một bộ API cho phép môi trường phát triển ứng dụng được chuẩn hóa hơn. Tương tự, các thiết bị Android cũng có thể tận dụng các dịch vụ của Google như Google Maps, Fit, Cast,…
Ưu và nhược điểm của embedded Linux
Ưu điểm
Như ta đã thấy ở trên, embedded Linux là một phiên bản Linux gọn nhẹ với nhiều tính năng, dịch vụ tuân theo những yêu cầu ứng dụng của các hệ thống nhúng. Embedded Linux cũng kế thừa một số ưu điểm nổi bật của Linux như: mã nguồn mở, chi phí thấp, hỗ trợ nhiều phần mềm, kernel mạnh mẽ, ổn định,… Bên cạnh đó, embedded Linux còn cho phép đọc, chỉnh sửa và tái phân phối mã nguồn với sự linh hoạt rất cao.
- Mã nguồn mở
- Chi phí thấp.
- Nhiều nguồn hỗ trợ về phần mềm và phát triển.
- Khả năng tùy chỉnh cao.
- Linh hoạt.
Nhược điểm
Mặt khác, ta khó có thể bỏ qua một nhược điểm lớn là embedded Linux tương đối phức tạp. Là một hệ thống mã nguồn mở, embedded Linux có nhiều tính năng hơn so với các môi trường phát triển nhúng khác, nhưng chính cơ sở mã khổng lồ lại khiến cho nó vô cùng phức tạp.
Bên cạnh đó, khi phát triển các giải pháp thích ứng với nền tảng để sử dụng thì bất kỳ thay đổi nào trên phần cứng cũng có thể ảnh hưởng trực tiếp đến phần mềm, chẳng hạn như khi thay đổi sản phẩm hoặc cập nhật phần mềm. Mặt khác, embedded Linux cũng cần có không gian bộ nhớ tương đối lớn nên cũng sẽ ảnh hưởng không nhỏ đến những thiết bị có tài nguyên hạn chế.
Chính những yếu tố trên có thể vô tình làm tăng chi phí cho việc phát triển các hệ thống nhúng. Vì vậy ta luôn cần phải có các chuyên gia để tối ưu được những giai đoạn trong quá trình phát triển.
Ta có thể tóm gọn lại những nhược điểm của embedded Linux như sau:
- Độ phức tạp cao.
- Các thay đổi ở phần cứng có thể ảnh hưởng đến phần mềm.
- Cần không gian bộ nhớ lớn.
Lời kết
Bài viết này đã cung cấp những kiến thức cơ bản về embedded Linux, các ứng dụng phổ biến cũng như những ưu và nhược điểm của nó. Embedded Linux hiện vẫn là một lựa chọn hàng đầu cho việc phát triển các hệ thống nhúng nhờ vào các đặc điểm nổi bật của nó, đồng thời còn giúp việc chỉnh sửa và phân phối mã nguồn trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết.
