ARM CPU的操作系統(tǒng)選擇要點

　　從8位/16位單片機發(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(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嵌入式實時內(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、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多個系統(tǒng)調(diào)用，覆蓋任務(wù)、定時器、信號量、事件標(biāo)志、郵箱、隊列和內(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因為是可搶占的實時內(nèi)核，所以μC/OS-II與商業(yè)嵌入式實時內(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是一個非常容易學(xué)習(xí)，結(jié)構(gòu)簡單，功能完備和實時性很強的嵌入式操作系統(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不是免費軟件，任何人學(xué)習(xí)使用mC/OS-II需要購買《嵌入式實時操作系統(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)存保護機制，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(因為今后Linux 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，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)計還比較少，社區(qū)的發(fā)展和維護也相對緩慢。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。

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(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、維護開發(fā)的，Linux在市場有多種發(fā)行版本，所有發(fā)行版本都包含一樣的Linux內(nèi)核、基本工具和應(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結(jié)構(gòu)(如ARM CPU)等方面做了改進和提高。

　　使用嵌入式Linux系統(tǒng)有兩種途徑：

　　第一是用戶自己裝配(稱為DIY內(nèi)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www.armlinux.org.uk找到所需要的Linux版本的移植，或者某些半導(dǎo)體公司，如三星、Motorola在自己的網(wǎng)站或在自己的ARM評估板含有一個最小Linux內(nèi)核系統(tǒng)。如果這個最小內(nèi)核沒有包含GCC/GDB工具鏈，可能還要到GNU的網(wǎng)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(yīng)用程序庫，這個過程是相當(dāng)耗時和困難的。還需要指出，這種DIY內(nèi)核的配置，添加應(yīng)用和驅(qū)動程序也是不標(biāo)準(zhǔn)的和復(fù)雜的，這是嵌入式系統(tǒng)的特殊性所在。

第二是選擇一個商業(yè)化的嵌入式Linux操作系統(tǒng)平臺。商業(yè)化的嵌入式Linux版本是針對嵌入式處理器，如ARM所優(yōu)化設(shè)計的，支持各種半導(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包含了文件系統(tǒng)、應(yīng)用、實時性擴展和技術(shù)支持培訓(xùn)服務(wù)，現(xiàn)今國外著名的商