盤點uC/OS和uClinux操作系統的對比
引 言
本文引用地址:http://2s4d.com/article/248081.htm嵌入式系統的應用與開發(fā)是當今計算機行業(yè)發(fā)展的一個熱點?,F今嵌入式軟件的應用與開發(fā)的領域主要有:國防、通信、電子、辦公自動化、機/車頂盒、掌上電腦(或PDA)、手機軟件、工業(yè)控制、信息家電等領域。
隨著嵌入式技術的發(fā)展,由于嵌入式應用不斷增長、嵌入式系統復雜性不斷提高,導致嵌入式軟件的規(guī)模和復雜性也在相應的不斷提高。目前嵌入式軟件、硬件的應用與開發(fā)體現如下趨勢:隨著計算技術、通信技術的飛速發(fā)展,計算機、通信、消費電子的一體化趨勢日益明顯,嵌入式技術已成為一個研究熱點;特別是互聯網的迅速普及,使得網絡化、微型化和專業(yè)化成為嵌入式發(fā)展的新趨勢;嵌入式產品的開發(fā)和應用成為信息產業(yè)的主流之一,中間件技術開始和嵌入式軟件的應用與開發(fā)相結合起來。
嵌入式應用是繼 PC 后的重要應用,具有廣闊的發(fā)展應用前景,涉及嵌入式軟件應用的領域也日見增加,應用所產生的市場經濟價值也越來越大。同時,隨著電子信息技術的發(fā)展,嵌入式應用產品將和人民的日常生活聯系變得更加緊密。從技術應用的層面來看,嵌入式技術的應用發(fā)展空間巨大,在工業(yè)控制、汽車電子、數字電視技術等領域中將會得到大量的應用。
uC/OS和uClinux操作系統是兩種性能優(yōu)良、源碼公開且被廣泛應用的免費嵌入式操作系統,可以作為研究實時操作系統和非實時操作系統的典范。本文通過對uC/OS和uClinux的對比,分析和總結嵌入式操作系統應用中的若干重要問題,歸納嵌入式系統開發(fā)中操作系統的選型依據。
兩種嵌入式操作系統主要性能比較:
嵌入式操作系統是嵌入式系統軟硬件資源的控制中心,它以盡量合理的有效方法組織多個用戶共享嵌入式系統的各種資源。其中用戶指的是系統程序之上的所有軟件。所謂合理有效的方法,指的就是操作系統如何協調并充分利用硬件資源來實現多任務。復雜的操作系統都支持文件系統,方便組織文件并易于對其規(guī)范化操作。
嵌入式操作系統還有一個特點是,針對不同的平臺,系統不是直接可用的,一般需要經過針對專門平臺的移植操作系統才能正常工作。
1.系統結構
μC/OS-II的組成部分:
μC/OS-II可以大致分成核心、任務處理、時間處理、任務同步與通信,CPU的移植等5個部分。
1) 核心部分(OSCore.c)
是操作系統的處理核心,包括操作系統初始化、操作系統運行、中斷進出的前導、時鐘節(jié)拍、任務調度、事件處理等多部分。能夠維持系統基本工作的部分都在這里。
2) 任務處理部分(OSTask.c)
任務處理部分中的內容都是與任務的操作密切相關的。包括任務的建立、刪除、掛起、恢復等等。因為μC/OS-II是以任務為基本單位調度的,所以這部分內容也相當重要。
3) 時鐘部分(OSTime.c)
μC/OS-II中的最小時鐘單位是timetick(時鐘節(jié)拍)。任務延時等操作是在這里完成的。
4) 任務同步和通信部分
為事件處理部分,包括信號量、郵箱、郵箱隊列、事件標志等部分;主要用于任務間的互相聯系和對臨界資源的訪問。
5) 與CPU的接口部分
是指μC/OS-II針對所使用的CPU的移植部分。由于μC/OS-II是一個通用性的操作系統,所以對于關鍵問題上的實現,還是需要根據具體CPU的具體內容和要求作相應的移植。這部分內容由于牽涉到SP等系統指針,所以通常用匯編語言編寫。主要包括中斷級任務切換的底層實現、任務級任務切換的底層實現、時鐘節(jié)拍的產生和處理、中斷的相關處理部分等內容。
uClinux內核結構如圖1所示:
![](http://editerupload.eepw.com.cn/201508/15151438582116.jpg)
圖1
圖1代表了內核的功能結構,與Linux基本相同,不同的只是對內存管理和進程管理進行改寫,以滿足無MMU處理器的要求。uClinux是Linux 操作系統的一種,是由Linux2.0內核發(fā)展來的,是專為沒有MMU的微處理器(如ARM7TDMI、Coldfire 等)設計的嵌入式Linux操作系統。另外,由于大多數內核源代碼都被重寫,uClinux的內核要比原Linux 2.0內核小的多, 但保留了Linux 操作系統的主要優(yōu)點:穩(wěn)定性,優(yōu)異的網絡能力以及優(yōu)秀的文件系統支持
2.任務調度
1.uC/OS-II 采用的是可剝奪型實時多任務內核。可剝奪型的實時內核在任何時候都運行就緒了的最高優(yōu)先級的任務。
uC/os-II的任務調度是完全基于任務優(yōu)先級的搶占式調度,也就是最高優(yōu)先級的任務一旦處于就緒狀態(tài),則立即搶占正在運行的低優(yōu)先級任務的處理器資源。為了簡化系統設計,uC/OS-II規(guī)定所有任務的優(yōu)先級不同,因為任務的優(yōu)先級也同時唯一標志了該任務本身。
任務調度將在以下情況下發(fā)生:
1) 高優(yōu)先級的任務因為需要某種臨界資源,主動請求掛起,讓出處理器,此時將調度就緒狀態(tài)的低優(yōu)先級任務獲得執(zhí)行,這種調度也稱為任務級的上下文切換。
2) 高優(yōu)先級的任務因為時鐘節(jié)拍到來,在時鐘中斷的處理程序中,內核發(fā)現高優(yōu)先級任務獲得了執(zhí)行條件(如休眠的時鐘到時),則在中斷態(tài)直接切換到高優(yōu)先級任務執(zhí)行。這種調度也稱為中斷級的上下文切換。
這兩種調度方式在uC/OS-II的執(zhí)行過程中非常普遍,一般來說前者發(fā)生在系統服務中,后者發(fā)生在時鐘中斷的服務程序中。
調度工作的內容可以分為兩部分:最高優(yōu)先級任務的尋找和任務切換。其最高優(yōu)先級任務的尋找是通過建立就緒任務表來實現的。u C / O S 中的每一個任務都有獨立的堆??臻g,并有一個稱為任務控制塊TCB(Task Control Block)的數據結構,其中第一個成員變量就是保存的任務堆棧指針。任務調度模塊首先用變量OSTCBHighRdy 記錄當前最高級就緒任務的TCB 地址,然后調用OS_TASK_SW()函數來進行任務切換。
2.uClinux沒有MMU管理存儲器,在實現多個進程時(fork調用生成子進程)需要實現數據保護。由于uClinux的多進程管理是通過vfork來實現,因此fork等于vfork。這意味著uClinux系統fork調用完成后,要么子進程代替父進程執(zhí)行(此時父進程已經sleep)直到子進程調用exit退出;要么調用exec執(zhí)行一個新的進程,這個時候將產生可執(zhí)行文件的加載,即使這個進程只是父進程的拷貝,這個過程也不能避免。當子進程執(zhí)行exit或exec后,子進程使用wakeup把父進程喚醒,使父進程繼續(xù)往下執(zhí)行。
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