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      達內教你選擇嵌入式操作系統

      [來源] 達內    [編輯] 達內   [時間]2013-03-20

      嵌入式操作系統是ARM CPU的軟件基礎,從8位/16位單片機發展到以arm CPU核為代表的32位嵌入式處理器,嵌入式操作系統將替代傳統的由手工編制的監控程序或調度程序,成為重要的基礎組件。更重要的是嵌入式操作系統對應用程序可以起到屏蔽的作用,使應用程序員面向操作系統級開發應...

        嵌入式操作系統是ARM CPU的軟件基礎,從8位/16位單片機發展到以arm CPU核為代表的32位嵌入式處理器,嵌入式操作系統將替代傳統的由手工編制的監控程序或調度程序,成為重要的基礎組件。更重要的是嵌入式操作系統對應用程序可以起到屏蔽的作用,使應用程序員面向操作系統級開發應用軟件,并易于在不同的arm核的嵌入式處理器上移植。

        嵌入式操作系統都具有一定的實時性,易于裁剪和伸縮,可以適合于從ARM7到Xscale各種ARM CPU和各種檔次的應用,嵌入式操作系統可以使用廣泛流行的ARM開發工具,如arm公司的SDT/ADS和RealView等,也可以使用開發軟件,如GCC/GDB、KDE或Eclipe開發環境,市場上還有專用的開發工具,如Tornado、μC/View、μC/KA、CODE/Lab、Metroworks等。

        本文就目前國內在arm CPU上廣泛采用的三種嵌入式操作系統(μC/OS-II、μCLinux和嵌入式Linux)作分析。

        μC/OS-II嵌入式實時內核全世界數百種設備已經在使用μC/OS-II,包括手機、路由器、不間斷電源、飛行器、醫療設備和工業控制設備。μC/OS-II已經有ARM7TDMI、ARM9和Strong ARM等各種ARM CPU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的移植也相當容易,與CPU相關的代碼包裝在三個文件中,它們是os_cpu.h、os_cpu_a.asm和os_cpu_c.c.μC/OS-II有60多個系統調用,覆蓋任務、定時器、信號量、事件標志、郵箱、隊列和內存管理,已經包含了傳統嵌入式操作系統內核(如PSOS,VRTX)的功能,還支持互斥型信號量,這是90年代的嵌入式操作系統內核,如VxWorks和VRTXsa才有的技術。

        μC/OS-II因為是可搶占的實時內核,所以μC/OS-II與商業嵌入式實時內核在性能上沒有什么差異,μC/OS-II沒有用戶態和內核態,任務(線程)或中斷和任務切換的響應可以很快,主要是和arm CPU相關的。最新的2.7x版本還增加了算法以避免在移植中修改堆棧指針,這樣可以保證μC/OS-II在不同的CPU上運行更穩定,移植更方便。μC/OS-II目前除了內核外還有商業化文件系統μC/FS,圖形系統μC/GUI以及任務調試工具μC/KA和μC/View,但是μC/OS-II自己目前還沒有TCP/IP協議系統。

        總的來說,μC/OS-II是一個非常容易學習,結構簡單,功能完備和實時性很強的嵌入式操作系統內核,適合于各種嵌入式應用以及大專院校教學和科研。最后需要說明,μC/OS-II不是免費軟件,任何人學習使用μC/OS-II需要購買《嵌入式實時操作系統μC/OS-II》一書,使用μC/OS-II的產品需要購買產品生產授權,購買了此授權的還可以得到開發期間的技術支持和升級服務。

        μCLinux操作系統μCLinux是Linux小型化后,適合于沒有MMU(內存管理單元)的微處理器芯片而裁剪成的操作系統,如果ARM CPU系列中的ARM7 TDMI、arm940T等產品希望使用Linux操作系統,只能用μCLinux,當然,μCLinux也支持Motorola Dragonball、Coldfire等其它中低端嵌入式處理器。

        μCLinux保持了傳統Linux操作系統的主要特性,包括穩定、強大的網絡和文件系統的支持,μCLinux裁剪了大量的Linux內核以縮小尺寸,適合象512k/b RAM、1M/b Flash這樣小容量、低成本的嵌入式系統。μCLinux系統小型化的另一簡化是采用了μCLib庫替代Linux的Glib庫,使用μCLib可以大大減少應用程序的代碼尺寸,對于中小型嵌入式應用,μCLib功能可以滿足需要,所以目前即使是某些采用Linux 2.4.嵌入式Linux操作系統這里要討論的是可以嵌入在ARM CPU上的, 具有MMU功能的Linux操作系統,也可以稱是嵌入式Linux操作系統。與微軟公司的軟件不一樣,Linux不是由一家公司所擁有、維護開發的,Linux在市場有多種發行版本,所有發行版本都包含一樣的Linux內核、基本工具和應用,不同的發行版本主要是在附加的工具鏈、應用、配置以及各種內核補丁上有所不同。嵌入式Linux主要是在實時性增強、內核精簡和裁減、支持多種CPU結構(如arm CPU)等方面做了改進和提高。

        使用嵌入式Linux系統有兩種途徑:第一是用戶自己裝配(稱為DIY內核),你可以在www.kernel.org找到全部Linux代碼,或直接到arm CPU的源代碼樹下linux.org.uk">www.armlinux.org.uk找到所需要的Linux版本的移植,或者某些半導體公司,如三星、Motorola在自己的網站或在自己的arm評估板含有一個最小Linux內核系統。如果這個最小內核沒有包含GCC/GDB工具鏈,可能還要到GNU的網站下載全部的源代碼,然后再編譯生成所需要版本的arm工具鏈和應用程序庫,這個過程是相當耗時和困難的。還需要指出,這種DIY內核的配置,添加應用和驅動程序也是不標準的和復雜的,這是嵌入式系統的特殊性所在。

        第二是選擇一個商業化的嵌入式Linux操作系統平臺。商業化的嵌入式Linux版本是針對嵌入式處理器,如arm所優化設計的,支持各種半導體廠家的評估板和主要的設備驅動,商業化的嵌入式Linux包含了文件系統、應用、實時性擴展和技術支持培訓服務,現今國外著名的商業化嵌入式Linux產品有:MontaVista Linux、Bluecat Linux、Timesys Linux、Metrowork Linux、Vlinux和Redhat Linux等,

        國內也有紅旗、中軟、新華嵌入式Linux. MontaVista Linux是MontaVista軟件公司于1999年推出的,它是目前全球優秀的嵌入式Linux操作系統和工具供應商,MontaVista在嵌入式Linux的實時性、交叉開發工具、高可用性、動態電源管理等Linux技術要點方面具有領先地位。MontaVista Linux最版本是3.1,采用Linux 2.4.20,針對8種CPU系列(包含arm和Xscale)優化定制的商業化版本。

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