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嵌入式操作系统浅析

嵌入式操作系统浅析

嵌入式操作系统是ARMCPU的软件基础,从8位/16位单片机发展到以ARMCPU核为代表的32位嵌入式处理器,嵌入式操作系统将替代传统的由手工编制的监控程序或调度程序,成为重要的基础组件。更重要的是嵌入式操作系统对应用程序可以起到屏蔽的作用,使应用程序员面向操作系统级开发应用软件,并易于在不同的ARM核的嵌入式处理器上移植。
  嵌入式操作系统都具有一定的实时性,易于裁剪和伸缩,可以适合于从ARM7到Xscale各种ARMCPU和各种档次的应用,嵌入式操作系统可以使用广泛流行的ARM开发工具,如ARM公司的SDT/ADS和RealView等,也可以使用开发软件,如GCC/GDB、KDE或Eclipe开发环境,市场上还有专用的开发工具,如Tornado、μC/View、μC/KA、CODE/Lab、Metroworks等。
  本文就目前国内在ARM CPU上广泛采用的三种嵌入式操作系统(μC/OS-II、μCLinux和嵌入式Linux)作分析。
  μC/OS-II嵌入式实时内核全世界数百种设备已经在使用μC/OS-II,包括手机、路由器、不间断电源、飞行器、医疗设备和工业控制设备。μC/OS-II已经有ARM7TDMI、ARM9和StrongARM等各种ARMCPU的移植,支持包含Atmel、Hynix、Intel、Motorola、Philips、Samsung、Sharp等公司的ARM核的CPU.μC/OS-II的移植也相当容易,与CPU相关的代码包装在三个文件中,它们是os_cpu.h、os_cpu_a.asm和os_cpu_c.c.μC/OS-II有60多个系统调用,覆盖任务、定时器、信号量、事件标志、邮箱、队列和内存管理,已经包含了传统嵌入式操作系统内核(如PSOS,VRTX)的功能,还支持互斥型信号量,这是90年代的嵌入式操作系统内核,如VxWorks和VRTXsa才有的技术。
  μC/OS-II因为是可抢占的实时内核,所以μC/OS-II与商业嵌入式实时内核在性能上没有什么差异,μC/OS-II没有用户态和内核态,任务(线程)或中断和任务切换的响应可以很快,主要是和ARMCPU相关的。最新的2.7x版本还增加了算法以避免在移植中修改堆栈指针,这样可以保证μC/OS-II在不同的CPU上运行更稳定,移植更方便。μC/OS-II目前除了内核外还有商业化文件系统μC/FS,图形系统μC/GUI以及任务调试工具μC/KA和μC/View,但是μC/OS-II自己目前还没有TCP/IP协议系统。
  总的来说,μC/OS-II是一个非常容易学习,结构简单,功能完备和实时性很强的嵌入式操作系统内核,适合于各种嵌入式应用以及大专院校教学和科研。最后需要说明,μC/OS-II不是免费软件,任何人学习使用μC/OS-II需要购买《嵌入式实时操作系统μC/OS-II》一书,使用μC/OS-II的产品需要购买产品生产授权,购买了此授权的还可以得到开发期间的技术支持和升级服务。
  μCLinux操作系统μCLinux是Linux小型化后,适合于没有MMU(内存管理单元)的微处理器芯片而裁剪成的操作系统,如果ARMCPU系列中的ARM7TDMI、ARM940T等产品希望使用Linux操作系统,只能用μCLinux,当然,μCLinux也支持MotorolaDragonball、Coldfire等其它中低端嵌入式处理器。
  μCLinux保持了传统Linux操作系统的主要特性,包括稳定、强大的网络和文件系统的支持,μCLinux裁剪了大量的Linux内核以缩小尺寸,适合象512k/bRAM、1M/bFlash这样小容量、低成本的嵌入式系统。μCLinux系统小型化的另一简化是采用了μCLib库替代Linux的Glib库,使用μCLib可以大大减少应用程序的代码尺寸,对于中小型嵌入式应用,μCLib功能可以满足需要,所以目前即使是某些采用Linux2.4.嵌入式Linux操作系统这里要讨论的是可以嵌入在ARMCPU上的,具有MMU功能的Linux操作系统,也可以称是嵌入式Linux操作系统。与微软公司的软件不一样,Linux不是由一家公司所拥有、维护开发的,Linux在市场有多种发行版本,所有发行版本都包含一样的Linux内核、基本工具和应用,不同的发行版本主要是在附加的工具链、应用、配置以及各种内核补丁上有所不同。嵌入式Linux主要是在实时性增强、内核精简和裁减、支持多种CPU结构(如ARMCPU)等方面做了改进和提高。第三是开发工具。显然,目前mC/OS-II、mCLinux和嵌入式Linux的开发工具与商业嵌入式操作系统工具还有一些差距,目前在ARMCPU上广泛流行和使用的是ARM公司SDT/ADS工具链,产品无论在功能、稳定性和众多的第三方厂商支持方面都很好,唯一不足的是缺少对嵌入式Linux操作系统的支持,SDT/ADS的升级产品RealView计划支持GCC和嵌入式Linux,但目前还没有看到,mC/OS-II可以使用ARMSDT/ADS,但没有操作系统调试功能。
  第四是所选择的ARMCPU和参考板,象ARM7TDMI和ARM940T(如S3C2500/2510)核是不能使用嵌入式Linux的,如果想用Linux,只能用mCLinux,如果想用VxWorks,
  需要了解一下提供评估板的公司是否有BSP(板支持包),VxWorks自己只有少数ARM公司评估板的支持。
  最后是价格和技术服务。在考虑购买商业嵌入式操作系统时,会遇到是买还是自己做的问题,这是很正常的,尤其是在采用开放源代码技术时,这个问题就更加突出。有一点需要注意的是,有些产品如VxWorks是既按用户数收取开发费,也按用户产品售出的实际数量收取每个VxWorks软件运行的版税。mC/OS-II只是收取每种产品一次性版税(不限数量)。Linux无论是mCLinux还是嵌入式Linux(即使是商业版本象MontaVistaLinux)是不收版税的,商用嵌入式Linux是以服务费或订阅方式收取开发时的费用。很明显,国外产品价格是贵一些,但不能不承认他们在嵌入式操作系统的技术已经远远走在前方。
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