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嵌入式操作系�(tǒng)選擇說明

2013�01�09�
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【資料簡介�
  工控摘要�選擇一款好的,適用的嵌入式操作系統(tǒng)一直是各企�(yè)相關(guān)�(shè)備采購的難點,而它又負�(zé)非常�(guān)鍵的嵌入式系�(tǒng)全部軟、硬件資源的分配、任�(wù)�(diào)度,控制、協(xié)�(diào)并發(fā)活動�
  
  嵌入式操作系�(tǒng)是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件,通常包括與硬件相�(guān)的底層驅(qū)動軟件、系�(tǒng)�(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動接口、通信�(xié)議、圖形界靀標準化瀏覽器等�
  
  單片機操作系�(tǒng)是ARMCPU的軟件基�(chǔ),從8�/16位嵌入式�(fā)展到以armCPU核為代表�32位嵌入式處理器,嵌入式操作系�(tǒng)將替代傳�(tǒng)的由手工編制的監(jiān)控程序或�(diào)度程序,成為重要的基�(chǔ)組件。更重要的是嵌入式操作系�(tǒng)對應(yīng)用程序可以起到屏蔽的作用,使�(yīng)用程序員面向操作系統(tǒng)級開�(fā)�(yīng)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�(tǒng)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ARMCPU和各種檔次的�(yīng)用,嵌入式操作系�(tǒng)可以使用廣泛流行的ARM開發(fā)工具,如arm公司的SDT/ADS和RealView等,也可以使用開�(fā)軟件,如GCC/GDB、KDE或Eclipe開發(fā)�(huán)境,市場上還有的開發(fā)工具,如Tornado�μC/View�μC/KA、CODE/Lab、Metroworks等�
  
  本文就目前國�(nèi)在armCPU上廣泛采用的三種嵌入式操作系�(tǒng)�μC/OS-II�μCLinux和嵌入式Linux)作分析�
  
  μC/OS-II嵌入式實時內(nèi)�*�(shù)百種�(shè)備已�(jīng)在使�μC/OS-II,包括手機、路由器、不間斷電源、飛行器、醫(yī)療設(shè)備和工業(yè)控制�(shè)備�μC/OS-II已經(jīng)有ARM7TDMI、ARM9和StrongARM等各種ARMCPU的移植,支持包含Samsung、Hynix、紅旗、Atmeltorola、Philips、In、Sharp等公司的arm核的CPU.μC/OS-II的移植也相當容易,與CPU相關(guān)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�60多個系�(tǒng)�(diào)用,覆蓋任務(wù)、定時器、信號量、事件標志、、隊列和�(nèi)存管理,已經(jīng)包含了傳�(tǒng)嵌入式操作系�(tǒng)�(nèi)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(tǒng)�(nèi)核,如VxWorks和VRTXsa才有的技�(shù)�
  
  μC/OS-II因為是可搶占的實時內(nèi)核,所�μC/OS-II與商�(yè)嵌入式實時內(nèi)核在性能上沒有什么差異,μC/OS-II沒有用戶�(tài)和內(nèi)核態(tài),任�(wù)(線程)或中斷和任務(wù)切換的響�(yīng)可以很快,主要是和armCPU相關(guān)的。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�(wěn)定,移植更方便�μC/OS-II目前除了�(nèi)核外還有商業(yè)化文件系�(tǒng)μC/FS,圖形系�(tǒng)μC/GUI以及任務(wù)�(diào)試工�μC/KA�μC/View,但�μC/OS-II自己目前還沒有TCP/IP�(xié)議系�(tǒng)�
  
  總的來說�μC/OS-II是一個非常容易學(xué)�(xí),結(jié)�(gòu)簡單,功能完備和實時性很強的嵌入式操作系�(tǒng)�(nèi)核,適合于各種嵌入式�(yīng)用以及大專院校教�(xué)和科研。zui后需要說明,μC/OS-II不是免費軟件,任何人�(xué)�(xí)使用μC/OS-II需要購買《嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-II》一書,使用μC/OS-II的產(chǎn)品需要購買產(chǎn)品生�(chǎn)*,購買了�*的還可以得到開發(fā)期間的和升級服務(wù)�
  
  μCLinux操作系統(tǒng)μCLinux是Linux小型化后,適合于沒有MMU(內(nèi)存管理單元)的微處理器芯片而裁剪成的操作系�(tǒng),如果ARMCPU系列中的ARM7TDMI、arm940T等產(chǎn)品希望使用Linux操作系統(tǒng),只能用μCLinux,當然,μCLinux也支持MotorolaDragonball、Coldfire等其它中低端嵌入式處理器�
  
  μCLinux保持了傳�(tǒng)Linux操作系統(tǒng)的主要特性,包括�(wěn)定、強大的�(wǎng)�(luò)和文件系�(tǒng)的支持,μCLinux裁剪了大量的Linux�(nèi)核以縮小尺寸,適合象512k/bRAM�1M/bFlash這樣小容量、低成本的嵌入式系統(tǒng)�μCLinux系統(tǒng)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�(yīng)用程序的代碼尺寸,對于中小型嵌入式應(yīng)用,μCLib功能可以滿足需要,所以目前即使是某些采用Linux2.4.嵌入式Linux操作系統(tǒng)這里要討論的是可以嵌入在ARMCPU上的,具有MMU功能的Linux操作系統(tǒng),也可以稱是嵌入式Linux操作系統(tǒng)。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�(fā)的,Linux在市場有多種�(fā)行版本,所有發(fā)行版本都包含一樣的Linux�(nèi)核、基本工具和�(yīng)用,不同的發(fā)行版本主要是在附加的工具鏈、應(yīng)用、配置以及各種內(nèi)核補丁上有所不同。嵌入式Linux主要是在實時性增強、內(nèi)核精簡和裁減、支持多種CPU�(jié)�(gòu)(如armCPU)等方面做了改進和提高�
  
  使用嵌入式Linux系統(tǒng)有兩種途徑�*是用戶自己裝配(稱為DIY�(nèi)核),找到全部Linux代碼�.uk">.uk找到所需要的Linux版本的移植,或者某些半�(dǎo)體公司,如三星、Motorola在自己的或在自己的arm評估板含有一個zui小Linux�(nèi)核系�(tǒng)。如果這個zui小內(nèi)核沒有包含GCC/GDB工具鏈,可能還要到GNU的下載全部的源代碼,然后再編譯生成所需要版本的arm工具鏈和�(yīng)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�(nèi)核的配置,添加應(yīng)用和�(qū)動程序也是不標準的和�(fù)雜的,這是嵌入式系�(tǒng)的特殊性所在�
  
  第二是選擇一個商�(yè)化的嵌入式Linux操作系統(tǒng)平臺。商�(yè)化的嵌入式Linux版本是針對嵌入式處理器,如arm所�(yōu)化設(shè)計的,支持各種半�(dǎo)體廠家的評估板和主要的設(shè)備驅(qū)動,商業(yè)化的嵌入式Linux包含了文件系�(tǒng)、應(yīng)用、實時性擴展和培訓(xùn)服務(wù),現(xiàn)今國外的商業(yè)化嵌入式Linux�(chǎn)品有:MontaVistaLinux、BluecatLinux、TimesysLinux、MetroworkLinux、Vlinux和RedhatLinux等,
  
  國內(nèi)也有Mo、中軟、新華嵌入式Linux.MontaVistaLinux是MontaVista軟件公司�1999年推出的,它是目前的嵌入式Linux操作系統(tǒng)和工具供�(yīng)商,MontaVista在嵌入式Linux的實時性、交叉開�(fā)工具、高可用性、動�(tài)電源管理等Linux技�(shù)要點方面具有地位。MontaVistaLinuxzui版本�3.1,采用Linux2.4.20,針�8種CPU系列(包含arm和Xscale)優(yōu)化定制的商業(yè)化版本�
  
  選擇象MontaVistaLinux這樣商業(yè)化嵌入式Linux,可以讓用戶把時間和資金放在�(yīng)用軟件和特定的硬件接口和�(shè)備驅(qū)動程序,使用商業(yè)化嵌入式Linux可以得到一定時間(一般是1年)的,升級和培�(xùn)(這很重要,因為Linux是每天都在變化的)�
  
  商業(yè)化嵌入式Linux目前除國�(nèi)的產(chǎn)品外,價格還是很昂貴的,根據(jù)配置和服�(wù)時間,大約從幾千到幾萬美元,多數(shù)國內(nèi)用戶從資金和心理上還很難承受,商�(yè)化嵌入式Linux開發(fā)工具相對于Microsoft和象Tornado/VxWork的開�(fā)工具,在易于使用和豐富性方面還待于提高和改進�
  
  同樣作為Linux操作系統(tǒng),筆者推薦使用帶有MMU的嵌入式Linux,而不是mCLinux,因為絕大多�(shù)新的armCPU都是AMR9核,它們都帶有MMU了,無論是開放源碼的Linux社區(qū)還是商業(yè)化的嵌入式Linux公司的支持和維護都比mCLinux要好要快和豐富得多�
  
  �(jié)語前面我們對三種在ARMCPU上較為流行的嵌入式操作系�(tǒng)作了詳細的分析,在進入一個總�(jié)之前,筆者還想提到幾個在上很有名氣的嵌入式操作系�(tǒng),它們是WindRiver公司的VxWorks、ATI的Nucleus、iTron和WinCE,但它們在armCPU的應(yīng)用不多見,介紹從略�
  
  zui后歸納一下選擇一個合適的armCPU的嵌入式操作系統(tǒng)的幾個重要因素:*是應(yīng)用。如果你想開�(fā)的嵌入式�(shè)備是一個和�(wǎng)�(luò)�(yīng)用密切相�(guān)或者就是一個網(wǎng)�(luò)�(shè)備,那么你應(yīng)該選擇用嵌入式Linux或者mCLinux,而不是mC/OS-II.第二是實時性。沒有一個的�(shù)字可以告訴你什么是硬實時,什么是軟實時,它們之間的界限也是十分模糊的,這與你選擇什么樣的armCPU,它的主頻、內(nèi)存等參數(shù)有一定的�(guān)系。如果你使用加入實時補丁等技�(shù)的嵌入式Linux,如MontaVistaLinux�2.4.17版本),zui壞的情況只有436微秒,�99.9%的情況是195微秒。考慮到的Linux在實時性方面的改進。它可以適合�90~95%的各種嵌入式系統(tǒng)�(yīng)用。當然,你如果希望更快的實時響應(yīng),如高速的A/D�(zhuǎn)換需要幾個微秒以�(nèi)的中斷延時,可能采用mC/OS-II是合適的。當然,你采用象Vxworks這樣傳統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)也可以滿足這樣的強實時性要求�
  
  第三是開�(fā)工具。顯然,目前mC/OS-II、mCLinux和嵌入式Linux的開�(fā)工具與商�(yè)嵌入式操作系�(tǒng)工具還有一些差距,目前在ARMCPU上廣泛流行和使用的是ARM公司SDT/ADS工具鏈,�(chǎn)品無論在功能、穩(wěn)定性和眾多的第三方廠商支持方面都很好,*不足的是缺少對嵌入式Linux操作系統(tǒng)的支持,SDT/ADS的升級產(chǎn)品RealView計劃支持GCC和嵌入式Linux,但目前還沒有看到,mC/OS-II可以使用armSDT/ADS,但沒有操作系統(tǒng)�(diào)試功能�
  
  第四是所選擇的ARMCPU和參考板,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�
  
  需要了解一下提供評估板的公司是否有BSP(板支持包),VxWorks自己只有少數(shù)arm公司評估板的支持�
  
  zui后是價格和技�(shù)服務(wù)。在考慮購買商業(yè)嵌入式操作系�(tǒng)時,會遇到是買還是自己做的問題,這是很正常的,尤其是在采用開放源代碼技�(shù)時,這個問題就更加突出。有一點需要注意的是,有些�(chǎn)品如VxWorks是既按用戶數(shù)收取開發(fā)費,也按用戶�(chǎn)品售出的實際�(shù)量收取每個VxWorks軟件運行的版稅。mC/OS-II只是收取每種�(chǎn)品一次性版稅(不限�(shù)量)。Linux無論是mCLinux還是嵌入式Linux(即使是商業(yè)版本象MontaVistaLinux)是不收版稅的,商用嵌入式Linux是以服務(wù)費或訂閱方式收取開發(fā)時的費用。很明顯,國外產(chǎn)品價格是貴一些,但不能不承認他們在嵌入式操作系�(tǒng)的技�(shù)已經(jīng)遠遠走在前方�

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