Capítulo

       3

      Exploración de sistemas Linux empotrados

      Este capítulo presenta los conceptos, comandos y herramientas esenciales para manejar con eficiencia el sistema Linux empotrado en el Raspberry Pi. La primera parte de este capítulo es descriptiva. Explica los aspectos básicos de Linux en sistemas empotrados y del proceso de inicio de Linux. Después aprenderemos a gestionar los sistemas Linux paso a paso. Para este ejercicio es muy recomendable abrir una conexión terminal con nuestro Raspberry Pi, o bien una ventana de terminal en el propio RPi, antes de continuar. Luego, en el capítulo se describe el sistema de gestión de versiones de código fuente Git. Se trata de un tema importante porque los ejemplos de código fuente de este libro se distribuyen a través de GitHub. La virtualización de escritorios se describe igualmente, puesto que resultará útil para el desarrollo multiplataforma en posteriores capítulos. El capítulo finaliza describiendo cómo descargar los ejemplos de código fuente para este libro.

      Materiales necesarios para este capítulo:

      ❏Cualquier modelo de Raspberry Pi con una conexión terminal (véase el capítulo 2, "El software del Raspberry Pi") o una ventana de terminal, preferiblemente ejecutando Raspbian.

      Puede encontrar más detalles sobre este capítulo en la dirección:

      www.exploringrpi.com/chapter3/.

Introducción a Linux para sistemas empotrados

      Lo primero es lo primero: aun cuando la expresión "Linux empotrado" (embedded Linux) está presente ya en el título del capítulo, ¡no hay nada que pueda denominarse "Linux empotrado"! No existe una versión especial del núcleo de Linux para sistemas empotrados: es el mismo núcleo estándar de Linux el que se ejecuta en dichos sistemas. Dicho esto, lo cierto es que la expresión Linux empotrado resulta de uso común y está ampliamente aceptada. Así pues, este libro utiliza "Linux empotrado" en lugar de "Linux ejecutándose en un sistema empotrado", que sería más correcta.

      La palabra "empotrado" (embedded) sirve para indicar la presencia de un sistema hardware empotrado (embedded system), concepto que se puede definir libremente como un tipo de hardware con software integrado, diseñado específicamente para una determinada aplicación. Es un concepto que contrasta vivamente con el de ordenador personal (PC), que es una plataforma de computación de propósito general diseñada para ejecutar una infinidad de aplicaciones diferentes, tales como navegadores de Internet, procesadores de texto o videojuegos. Ahora bien, la línea que separa unos sistemas de otros se va difuminando progresivamente. Sin ir más lejos, el Raspberry Pi puede actuar de las dos maneras, y son muchos los usuarios que deciden emplearlo exclusivamente como ordenador personal bastante capaz, o bien como dispositivo multimedia. Sin embargo, los sistemas empotrados presentan algunas características diferenciadoras:

      ❏Suelen incluir aplicaciones específicas y dedicadas a tareas concretas.

      ❏Su capacidad de procesamiento, memoria y almacenamiento son a menudo limitadas.

      ❏En general forman parte de sistemas más grandes que suelen estar conectados a sensores y actuadores externos.

      ❏A menudo desempeñan su labor en sistemas para los cuales la fiabilidad es un elemento crucial, como controles en automóviles, aviones y equipos médicos.

      ❏Operan muchas veces en tiempo real, es decir, donde sus salidas están relacionadas directamente con las entradas presentes, por ejemplo en sistemas de control.

      Los sistemas empotrados se encuentran en todas partes. Como ejemplos podemos citar: máquinas de vending, aplicaciones para el hogar, teléfonos, smartphones, cadenas de fabricación y ensamblaje, televisiones, consolas de videojuegos, automóviles (por ejemplo, la dirección asistida o los sensores de aparcamiento), elementos de red (como switches, routers o puntos de acceso inalámbricos), sistemas de sonido, equipos médicos, impresoras, controles de acceso a edificios, parquímetros, sistemas de control de agua y energía, relojes, herramientas de construcción, cámaras digitales, monitores, tabletas, lectores de libros digitales, robots, sistemas de pago inteligentes, etc.

      La gran proliferación de dispositivos con Linux empotrado se debe, en parte, a la rápida evolución de la tecnología smartphone, que ha presionado a la baja los precios de los microprocesadores con tecnología ARM. ARM Holdings PLC es la compañía británica que comercializa, para los modelos del RPi, las licencias de uso de los diseños ARMv6 y ARMv7 por una cantidad aproximada de entre el 1 y el 2% del precio real de venta del procesador. Avago Technologies Ltd., la propietaria de Broadcom Corporation desde mayo de 2015, no comercializa en la actualidad procesadores directamente a minoristas, pero sus microprocesadores similares a los BCM2835/6/7 tienen un precio de venta de entre 5 y 10 dólares.

Ventajas y desventajas de Linux para sistemas empotrados

      Hay muchos tipos de plataformas empotradas, cada una con sus propias ventajas e inconvenientes. Las hay con un coste muy bajo para pedidos de gran volumen, por debajo de 1 euro, por ejemplo Amtel AVR (8/16 bits), Microchip PIC o TI Stellaris, pero también muy caras y especializadas que pueden llegar hasta los 150 euros, como microprocesadores de señales digitales (DSP, Digital Signal Processor) multinúcleo. Generalmente, dichas plataformas se programan en lenguajes C o ensamblador (assembly language), lo que exige un conocimiento muy solvente de los detalles hardware de más bajo nivel de las arquitecturas antes de empezar siquiera a plantearse el desarrollo de aplicaciones útiles. Linux empotrado ofrece una alternativa a tales plataformas en el sentido de que elimina la exigencia de conocer al detalle la arquitectura subyacente del sistema para emprender el desarrollo de aplicaciones. Ahora bien, si nuestras aplicaciones van a tener que comunicarse a bajo nivel con dispositivos electrónicos, sí que será necesario un cierto conocimiento de las arquitecturas.

      Veamos algunas de las razones por las que Linux empotrado ha experimentado un crecimiento tan reseñable:

      ❏Linux es un sistema operativo (SO) eficiente y escalable que se ejecuta sobre una amplia variedad de dispositivos, desde los de coste más bajo, orientados al gran consumo, hasta los servidores más grandes y caros. Asimismo, ha evolucionado con el correr del tiempo desde la época en que los ordenadores tenían una mínima fracción de la potencia que ofrecen ahora, pero conservando casi intacta su eficiencia.

      ❏Existe un inmenso conjunto de aplicaciones y herramientas de código abierto, listas para su instalación y uso en un sistema empotrado. Si necesitamos, por ejemplo, un servidor web para nuestra aplicación empotrada, podremos usar el mismo que instalaríamos en un servidor Linux.

      ❏Existen excelentes controladores de código abierto para una gran variedad de periféricos y dispositivos, desde adaptadores de red hasta monitores.

      ❏Linux es un sistema de código abierto y no hay que pagar nada por usarlo.

      ❏Su