嵌入式機器視覺系統優化研究
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2 嵌入式LinuX操作系統優化
嵌入式系統硬件資源較為有限，作為以應用為中心的專用計算機系統，需要對其在啟動速度、實時性、系統尺寸、電源管理等方面進行優化。近年來，Linux憑借其優良特性廣泛地應用于嵌入式系統。但是，作為一種原本為PC機設計的操作系統，設計者開始并沒有考慮嵌入式應用對啟動速度的要求，導致其典型的啟動時間一般在幾十秒或以上，這對用戶來說是不能容忍的。此外，隨著Linux內核的不斷膨脹，啟動時間越來越長。因此，加快啟動速度已經成為嵌入式Linux系統亟待解決的關鍵問題之一。
由于成本的考慮，Beagleboard—xM平臺沒有Flash，它是從MicroSD卡啟動的。嵌入式Linux系統啟動時序如表1所示。系統上電后，內部ROM程序會從SD卡加載x—loader到SRAM。x—loader負責初始化系統(如時鐘、RAM等)，并將u—boot從SD卡中加載到RAM。u—boot負責將內核鏡像從SD卡加載到RAM中。內核解壓并運行，掛載文件系統，執行init進程，登錄系統，最終完成系統的啟動。編寫perl腳本記錄串口輸出的時間，開機啟動過程各部分耗時如圖3所示。在系統啟動過程中，內核解壓與運行時間、系統自啟動項加載時間占了整個系統啟動的大部分時間。本文引用地址：http://www.104case.com/article/201610/306025.htm
本文對嵌入式Linux操作系統采取的優化策略如下。
1)修改并重新編譯u—boot源碼，取消開機3 s等待時間
系統會檢測在開機等待時間內用戶按鈕是否被按下，如果被按下，則可以進行設置系統環境變量，修改啟動選項等操作。這里可以跳過這一步，減少開機時間。
2)裁剪內核中不必要的功能部分
嵌入式Ldnux操作系統內核中除了進程管理、內存管理、任務調度等核心部分外，還提供了多種文件系統、網絡、硬件驅動、內核調試等功能模塊，但它們并非必不可少，例如手持移動終端通常不需要NTFS等文件系統，也不需要RAID和SCSI設備支持。所以，根據嵌入式系統應用的具體需求配置Linux內核才能減小Linux內核的靜態映像體積，同時也能夠相應減少這些功能模塊運行時間的開銷。
3)采用“-Os - mthumb”編譯選項進行優化以減小內核鏡像大小
-Os是gcc優化選項中最深層次的優化，相當于是對代碼進行了-O2的優化，但不增加代碼尺寸。-mthumb表示使用16位短指令集，它具有更高的代碼密度，即占用存儲空間小，僅為32位ARM代碼規格的65％，但其性能卻下降的很少。
4)去掉內核打印輸出
Linux系統啟動時，一般使用串口控制臺或VGA控制臺打印內核啟動信息，打印速度取決于串口的速度和處理器的速度，這在大多數嵌入式系統中要用數百毫秒的時間。
5)用buildroot構建輕量級的根文件系統
常用于構建根文件系統的工具有OE(OpenEmbedded)和buildroot等。OE是重量型的交叉編譯系統工具，可以用來構建復雜的根文件系統，但配置和定制過程難度很大，而且要耗費約20 G的硬盤空間和十幾個小時的編譯時間。buildroot則是一個相當小巧靈活的交叉編譯工具，用它定制和調整軟件包十分方便，而且buildroot提供了類似Linux kernel配置采用的配置菜單，易于使用。
6)桌面環境使用X11而非Gnome或KDE
X11即X Window系統，它是一種可以用于Unix和類Unix操作系統的位圖顯示視窗系統。Gnome和KDE是兩種相對復雜的桌面環境。對于嵌入式機器視覺系統，如果用戶界面不追求華麗，可以使用更為簡潔的X11，以及簡單的桌面管理器twm。
7)禁用或暫緩啟動某些啟動項
為了加速啟動，可以禁用不必要的啟動項，甚至一些必要的啟動項可以在系統完成登錄后再啟動。具體可以通過修改／etc／init．d／下自啟動項快捷方式名稱的方法實現。
$cd／etc／init．d／
$mv S20network K20network
當系統完成開機啟動后再啟動該項目，可以用如下命令：
$K20network start
如表2所示，經過優化后，內核鏡像大小由3．046 MB減小到2．797 MB，系統的啟動時間(從復位到開啟應用程序)由35．171 s縮短到10．056 s，基本滿足實際應用的需要。嵌入式Linux操作系統優化取得了明顯的效果。
應用在移動載體上的嵌入式機器視覺系統通常對能耗也有較高的要求。Beagleboard—xM是一款功耗較低的產品，不需要風扇冷卻。電源管理主要是由PMIC模塊實現的。另外，通過更改系統的顯示設置，如屏保時間、待機時間等，來降低能耗。
3 應用程序優化
機器視覺系統往往涉及大量復雜的計算，大多采用C／C++等高效率的語言進行開發。嵌入式系統對應用軟件的質量要求很高，在嵌入式開發中須注意對代碼進行優化，盡可能地提高代碼效率。本文從算法、代碼效率以及處理器的特性等方面出發，為開發高效率嵌入式機器視覺應用程序提供了些經驗。
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