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选择ARM CPU的操作系统            【字体:
选择ARM CPU的操作系统
作者:何小庆    文章来源:麦克泰软件技术    点击数:    更新时间:2006-6-9

摘  要: 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mC/OS-II、mCLinux和嵌入式Linux作分析,提供选择一个合适的嵌入式操作系统的依据。 
关键词: 嵌入式操作系统;mC/OS-II;mCLinux;嵌入式Linux 

嵌入式操作系统是 
ARM CPU的软件基础 
从8位/16位单片机发展到以ARM CPU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ARM CPU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、mC/View、mC/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(mC/OS-II、mCLinux和嵌入式Linux)作分析。 

mC/OS-II嵌入式实时内核 
全世界数百种设备已经在使用mC/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。mC/OS-II已经有ARM7TDMI、ARM9和Strong ARM等各种ARM CPU的移植,支持包含Atmel、Hynix、Intel、Motorola、Philips、Samsung、Sharp等公司的ARM核的CPU。mC/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。 
mC/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。 
mC/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,mC/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ARM CPU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mC/OS-II在不同的CPU上运行更稳定,移植更方便。mC/OS-II目前除了内核外还有商业化文件系统mC/FS,图形系统mC/GUI以及任务调试工具mC/KA和mC/View,但是mC/OS-II自己目前还没有TCP/IP协议系统。 
总的来说,mC/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,mC/OS-II不是免费软件,任何人学习使用mC/OS-II需要购买《嵌入式实时操作系统mC/OS-II》一书,使用mC/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。 

mCLinux操作系统 
mCLinux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ARM CPU系列中的ARM7 TDMI、ARM940T等产品希望使用Linux操作系统,只能用mCLinux,当然,mCLinux也支持Motorola Dragonball、Coldfire等其它中低端嵌入式处理器。 
mCLinux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,mCLinux裁剪了大量的Linux内核以缩小尺寸,适合象512k/b RAM、1M/b Flash这样小容量、低成本的嵌入式系统。mCLinux系统小型化的另一简化是采用了mCLib库替代Linux的Glib库,使用mCLib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,mCLib功能可以满足需要,所以目前即使是某些采用Linux 2.4内核的嵌入式Linux系统也采用mCLib库的做法。mCLinux中,由于没有内存保护机制,应用代码一般采用静态连接的方式,而且在mCLinux中采用Flat文件执行格式(Linux是Coff或Elf格式), mCLinux和应用代码都可以支持固化,存储在Flash存储介质中,不需象Linux需要经过一次Flash到RAM的拷贝。所有这些,使得mCLinux更象传统意义上的嵌入式操作系统。 
mCLinux是由Linux 2.0.38内核开始移植的,目前已经有2.4 Linux支持的一些移植的版本,如S3C2500、44B0等ARM芯片,可以在mCLinux的官方网站www.uclinux.org上找到这些版本,mCLinux近期主要是在发展各种2.4.x版本的移植,以期跟上Linux社会主流的发展趋势(因为今后Linux 2.6将开始成为主流的内核)。 
mCLinux主要是针对没有MMU的嵌入式处理器开发设计,那么它也失去了有MMU所带来的Linux操作系统的特色,比如,上面已经提到的静态加载(Linux支持动态应用的加载),mCLinux对内存操作是直接的物理内存,这样,任何程序的异常都可能导致内核崩溃,mCLinux支持多线程,但需要父子线程协调同步,mCLinux的文件系统相对比较陈旧,支持的CPU和参考设计还比较少,社区的发展和维护也相对缓慢。目前mCLinux官方网站还很少看见象IBM、Intel这样的大型公司身影,只有2~3家小型的硬件或方案提供商,这对于商业化的产品开发中采用是有一定的风险。 

 

文章录入:candy    责任编辑:candy 
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