ARM CPU的操作系統(tǒng)選擇要點(diǎn)

從8位/16位單片機(jī)發(fā)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(tǒng)將替代傳統(tǒng)的由手工編制的監(jiān)控程序或調(diào)度程序，成為重要的基礎(chǔ)組件。更重要的是嵌入式操作系統(tǒng)對應(yīng)用程序可以起到屏蔽的作用，使應(yīng)用程序員面向操作系統(tǒng)級開發(fā)應(yīng)用軟件，并易于在不同的ARM核的嵌入式處理器上移植。 嵌入式操作系統(tǒng)都具有一定的實(shí)時(shí)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(yīng)用，嵌入式操作系統(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,也可以使用開發(fā)軟件，如GCC/GDB、KDE或Eclipe開發(fā)環(huán)境，市場上還有專用的開發(fā)工具，如Tornado、mC/View、mC/KA、CODE/Lab、Metroworks等。

　　本文就目前國內(nèi)在ARM CPU上廣泛采用的三種嵌入式操作系統(tǒng)(mC/OS-II、mCLinux和嵌入式Linux)作分析。

　　mC/OS-II嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核

　　全世界數(shù)百種設(shè)備已經(jīng)在使用mC/OS-II，包括手機(jī)、路由器、不間斷電源、飛行器、醫(yī)療設(shè)備和工業(yè)控制設(shè)備。mC/OS-II已經(jīng)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。mC/OS-II的移植也相當(dāng)容易，與CPU相關(guān)的代碼包裝在三個(gè)文件中，它們是os_cpu.h、os_cpu_a.asm和os_cpu_c.c。

　　mC/OS-II有60多個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，覆蓋任務(wù)、定時(shí)器、信號量、事件標(biāo)志、郵箱、隊(duì)列和內(nèi)存管理，已經(jīng)包含了傳統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)內(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)內(nèi)核，如VxWorks和VRTXsa才有的技術(shù)。

　　mC/OS-II因?yàn)槭强蓳屨嫉膶?shí)時(shí)內(nèi)核，所以μC/OS-II與商業(yè)嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核在性能上沒有什么差異，mC/OS-II沒有用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)，任務(wù)(線程)或中斷和任務(wù)切換的響應(yīng)可以很快，主要是和ARM CPU相關(guān)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mC/OS-II在不同的CPU上運(yùn)行更穩(wěn)定，移植更方便。mC/OS-II目前除了內(nèi)核外還有商業(yè)化文件系統(tǒng)mC/FS，圖形系統(tǒng)mC/GUI以及任務(wù)調(diào)試工具mC/KA和mC/View，但是mC/OS-II自己目前還沒有TCP/IP協(xié)議系統(tǒng)。

　　總的來說，mC/OS-II是一個(gè)非常容易學(xué)習(xí)，結(jié)構(gòu)簡單，功能完備和實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核，適合于各種嵌入式應(yīng)用以及大專院校教學(xué)和科研。最后需要說明，mC/OS-II不是免費(fèi)軟件，任何人學(xué)習(xí)使用mC/OS-II需要購買《嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)mC/OS-II》一書，使用mC/OS-II的產(chǎn)品需要購買產(chǎn)品生產(chǎn)授權(quán)，購買了此授權(quán)的還可以得到開發(fā)期間的技術(shù)支持和升級服務(wù)。

　　mCLinux操作系統(tǒng)

　　mCLinux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統(tǒng)，如果ARM CPU系列中的ARM7 TDMI、ARM940T等產(chǎn)品希望使用Linux操作系統(tǒng)，只能用mCLinux，當(dāng)然，mCLinux也支持Motorola Dragonball、Coldfire等其它中低端嵌入式處理器。

　　mCLinux保持了傳統(tǒng)Linux操作系統(tǒng)的主要特性，包括穩(wěn)定、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)和文件系統(tǒng)的支持，mCLinux裁剪了大量的Linux內(nèi)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(tǒng)。mCLinux系統(tǒng)小型化的另一簡化是采用了mCLib庫替代Linux的Glib庫，使用mCLib可以大大減少應(yīng)用程序的代碼尺寸，對于中小型嵌入式應(yīng)用，mCLib功能可以滿足需要，所以目前即使是某些采用Linux 2.4內(nèi)核的嵌入式Linux系統(tǒng)也采用mCLib庫的做法。mCLinux中，由于沒有內(nèi)存保護(hù)機(jī)制，應(yīng)用代碼一般采用靜態(tài)連接的方式，而且在mCLinux中采用Flat文件執(zhí)行格式(Linux是Coff或Elf格式), mCLinux和應(yīng)用代碼都可以支持固化，存儲在Flash存儲介質(zhì)中，不需象Linux需要經(jīng)過一次Flash到RAM的拷貝。所有這些，使得mCLinux更象傳統(tǒng)意義上的嵌入式操作系統(tǒng)。

　　mCLinux是由Linux 2.0.38內(nèi)核開始移植的，目前已經(jīng)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的官方網(wǎng)站www.uclinux.org上找到這些版本，mCLinux近期主要是在發(fā)展各種2.4.x版本的移植，以期跟上Linux社會主流的發(fā)展趨勢(因?yàn)榻窈驦inux 2.6將開始成為主流的內(nèi)核)。

　　mCLinux主要是針對沒有MMU的嵌入式處理器開發(fā)設(shè)計(jì)，那么它也失去了有MMU所帶來的Linux操作系統(tǒng)的特色，比如，上面已經(jīng)提到的靜態(tài)加載(Linux支持動(dòng)態(tài)應(yīng)用的加載)，mCLinux對內(nèi)存操作是直接的物理內(nèi)存，這樣，任何程序的異常都可能導(dǎo)致內(nèi)核崩潰，mCLinux支持多線程，但需要父子線程協(xié)調(diào)同步，mCLinux的文件系統(tǒng)相對比較陳舊，支持的CPU和參考設(shè)計(jì)還比較少，社區(qū)的發(fā)展和維護(hù)也相對緩慢。目前mCLinux官方網(wǎng)站還很少看見象IBM、Intel這樣的大型公司身影，只有2~3家小型的硬件或方案提供商，這對于商業(yè)化的產(chǎn)品開發(fā)中采用是有一定的風(fēng)險(xiǎn)。