UCOS与uClinux比较Word文件下载.docx

1、嵌入式RTOS在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固化以及应用的专业性等方面具有较为突出的优势。一般而言，嵌入式操作系统不同于一般意义的计算机操作系统，它有占用空间小、执行效率高、方便进行个性化定制和软件要求固化存储等特点。从20世纪80年代起，国际上就有一些IT组织、公司，开始进行商用嵌入式操作系统和专用操作系统的研发。这其中涌现了一些著名的嵌入式操作系统，如Microsoft公司的WinCE和WindRiverSystem公司的VxWorks就分别是非实时和实时嵌入式操作系统的代表。但是商用产品的造价都十分昂贵，用于一般用途会提高产品成本从而失去竞争力。UC/OS和uClinux操作系

2、统是用两种性能优良、源码公开且被广泛应用的免费嵌入式操作系统，可以作为研究实时操作系统和非实时操作系统的典范。本文通过uC/OS和uClinux的对比，分析和总结嵌入式操作系统应用中的若干重要问题，归纳嵌入式系统开发中操作系统的选型依据。1 两种开源嵌入式操作系统介绍uC/OS和uClinux操作系统，是当前得到广泛应用的两种免费且公开源码的嵌入式操作系统。UC/OS适合小型控制系统，具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点，最小内核可编译至2KB。UClinux则是继承标准Linux的优良特性，针对嵌入式处理器的特点设计的一种操作系统，具有内嵌网络协议、支持多种文件系统，开

3、发者可利用标准Linux先验知识等优势。其编译后目标文件可控制在几百KB量级。UC/OS是一种免费公开源代码、结构小巧、具有可剥夺实时内核的实时操作系统。其内核提供任务调度与管理、时间管理、任务间同步与通信、内存管理和中断服务等功能。UClinux是一种优秀的嵌入式Linux版本。uClinux是Micro-Conrol-Linux的缩写。同标准Linux相比，它集成了标准Linux操作系统的稳定性、强大网络功能和出色的文件系统等主要优点。但是由于没有MMU（内存管理单元），其多任务的实现需要一定技巧。2 两种嵌入式操作系统主要性能比较嵌入式操作系统是嵌入式系统软硬件资源的控制中心，它以尽量合

4、理的有效方法组织多个用户共享嵌入式系统的各种资源。其中用户指的是系统程序之上的所有软件。所谓合理有效的方法，指的就是操作系统如何协调并充分利用硬件资源来实现多任务。复杂的操作系统都支持文件系统，方便组织文件并易于对其规范化操作。嵌入式操作系统还有一个特点是，针对不同的平台，系统不是直接可用的，一般需要经过针对专门平台的移植操作系统才能正常工作。进程调度、文件系统支持和系统移植是在嵌入式操作系统实际应用中最常见的问题。下文就从这几个角度入手对uC/OS和uClinux进行分析比较。2.1 进程调度任务调度主要是协调任务对计算机系统资源（如内存、I/O设备、CPU）的争夺使用。进程调度又称为CPU

5、调度，其根本任务是按照某种原理为处于就绪状态的进程分析CPU。由于嵌入式系统中内存和I/O设备一般都和CPU同时归属于某进程，所以任务调度和进程调度概念相近，很多场合不加区分。进程调度可分为“剥夺型调度”和“非剥夺型调度”两种基本方式。所谓“非剥夺型调度”是指：一旦某个进程被调度执行，则该进程一直执行下去直至该进程结束，或由于某种原理自行放弃CPU进入等待状态，才将CPU重新分配给其它进程。所谓“剥夺型调度”是指：一旦就绪状态中出现优先权更高的进程，或者运行的进程已用满了规定的时间片时，便立即剥夺当前进程的运行（将其放回就绪状态），把CPU分配给其它进程。作为实时操作系统，uC/OS采用的是可

6、剥夺型实时多任务内核。可剥夺型的实时内核在任何时候都运行就绪了的最高优先级的任务。uC/OS中最多可以支持64个任务，分别对应优先级063，其中0为最高优先级。调度工作的内容可以分为两部分：最高优先级任务的寻找和任务切换。其最高优先级任务表来实现的。UC/OS中的每一个任务都有独立的堆栈空间，并有一个称为任务控制块TCB（Task Control Block）的数据结构，其中第一个成员变量就是保存的任务堆栈指针。任务调度模块首先用变量OSTCBHighRdy记录当前最高级就绪任务的TCB地址，然后调用OS_TASK_SW（）函数来进行任务切换。UClinux的进程调度沿用了Linux的传统。系

7、统每隔一定时间挂起进程，同时产生快速和周期性的时钟性时中断，并通过调度函数（定时器处理函数）决定进程什么时候拥有它的时间片，然后进行相关进程切换。这是通过父进程调用fork函数生成子进程来实现的。UClinux系统fork调用完成后，要么子进程代替父进程执行（此时父进程已经休眠），直到子进程调用exit退出；要么调用exec执行一个新的进程，这时产生可执行文件的加载，即使这个进程只是父进程的拷贝，这个过程也不可避免。当子进程执行exit或exec后，子进程使用wakeup把父进程唤醒，使父进程继续往下执行。uClinux由于没有MMU管理存储器，其对内存的访问是直接的，所有程序中访问的地址都是

8、实际的物理地址。操作系统对内存空间没有保护，各个进程实际上共享一个运行空间。这就需要实现多进程时进行数据保护，也导致了用户程序使用的空间可能占用到系统内核空间。这些问题在编程时都需要多加注意，否则容易导致系统崩溃。由上述分析可以得知，uC/OS内核是针对实时系统的要求设计实现的，相对简单，可以满足较高的实时性要求；而uClinux则在结构上继承了标准Linux的多任务实现方式，仅针对嵌入式处理器特点进行改良。其要实现实时性效果则需要使系统在实时内核的控制下运行。RT-Linux就是可以实现这一功能的一种实时内核。2.2 文件系统所谓文件系统是反映负责存取和管理文件信息的机构，也可以说是负责文件

9、的建立、撤销、组织、读写、修改、复制及对文件管理所需要的资源（如目录表、存储介质等）实施管理的软件部分。uC/OS是面向中小型嵌入式系统的。如果包含全部功能（信号量、消息邮箱、消息队列及相关函数），编译后的uC/OS内核仅有610KB，所以系统本身并没有对文件系统的支持。但是uC/OS具有良好的扩展性能，如果需要的话也可自行加入文件系统的内容。uClinux则是继承了Linux完善的文件系统性能。其采用的是romfs文件系统。这种文件系统相对于一般的ext2文件系统要求更少的空间。空间的节约来自于两个方面：首先，内核支持romfs文件系统比支持ext2文件系统需要更少的代码；其次，romfs文

10、件系统相对简单，在建立文件系统超级块（superblock）需要更少的存储空间。Romfs文件系统不支持动态擦写保存，对于系统需要动态保存的数据采用虚拟ram盘的方法进行处理（ram盘将采用ext2文件系统）。uClinux还继承了Linux网络操作系统的优势，可以很方便地支持网络文件系统且内嵌TCP/IP协议。这为uClinux开发网络接入设备提供了便利。由两种操作系统对文件系统的支持可知：在复杂的需要较多文件处理的嵌入式系统中，uClinux是一个不错的选择；而uC/OS则主要适合一些控制系统。2.3 操作系统的移植嵌入式操作系统移植的目的是指使操作系统能在某个微处理器或微控制器上运行。U

11、C/OS和uClinux都是源码公开的操作系统，且其结构化设计便于把与处理器相关的部分分离出来，所以被移植到新的处理器上是可能的。以下对两种系统的移植分别予以说明。（1）uC/OS的移植要移植uC/OS，目标处理器必须满足以下要求：*处理器的C编译器能产生可重入代码，且用C语言就可以打开和关闭中断；*处理器支持中断，并能产生定时中断；*处理器支持足够的RAM（几KB），作为多任务环境下的任务堆栈；*处理器有将堆栈指针和其它CPU寄存器读出和存储到堆栈或内存中的指令。在理解了处理器和C编译器的技术细节后，uC/OS的移植只需要修改与处理器相关的代码就可以了。具体有如下内容：*OS_CPU.H中需

12、要设置一个常量来标识堆栈增长方向；*OS_CPU.H中需要声明几个用于开关中断和任务切换的宏；*OS_CPU.H中需要针对具体处理器的字长重新定义一系列数据类型；*OS_CPU_A.ASM需要改写4个汇编语言的函数；*OS_CPU_C.C需要用C语言编写6个简单函数；*修改主头文件INCLUDE.H，将上面的三个文件和其它的头文件加入。（2）uClinux的移植其实，uClinux是Linux针对嵌入式系统的一种改良，其结构比较复杂；相对uC/OS,uClinux的移植也复杂得多。一般而言，要移植uClinux，目标处理器除了应满足上述uC/OS应满足的条件外，还需要具有足够容量（几百KB以上

13、）外部ROM和RAM。uClinux的移植大致可以分为3个层次。*结构层次的移植。如果待移植处理器的结构不同于任何已经支持的处理器结构，则需要修改linux/arch目录下相关处理器结构的文件。虽然uClinux内核代码的大部分是独立于处理器和其体系结构的，但是其最低级的代码也是特定于各个系统的。这主要表现在它们的中断处理上下文、内核映射的维护、任务上下文和初始化过程都是独特的。这些例行程序位于lunux/arch/目录下。由于Linux所支持体系结构的种类繁多，所以对一个新型的体系，其低级例程可以模仿与其相似的体系例程编写。*平台层次的移植。如果待移植处理器是某种uClinux已支持体系的处

14、理器，则需要在相关体系结构目录下建立相应目录并编写相应代码。如MC68EZ328就是基于无MMU的m68k内核的。此时的移植需要创建的linux/arch/m68knommu/platform/MC68EZ328目录下，并在其下编写跟踪程序（实现用户程序到内核函数的接口等功能）、中断控制调度程序和向量初始化程序等。*极级移植。如果所用处理器已被uClinux支持，就只需要板级移植了。板级移植需要在linux/arch/?platform/中建立一个相应板的目录，再在其中建立相应的启动代码crt0_rom.s或crt0_ram.s和键接描述文档rom.ld或ram.ld就可以了。板级移植还包括驱

15、动程序的编写和环境变量设置等内容。结语通过对uC/OS和uClinux的比较可以看出，这两种操作系统在应用方面各有优劣。uC/OS占用空间少、执行效率高、实时性能优良，且针对新处理器的移植相对简单。UClinux则占用空间相对较大，实时性能一般，针对新处理器的移植相对复杂。但是，uClinux具有对多种文件系统的支持能力、内嵌了TCP/IP协议，可以借鉴Linux丰富的资源，对一些复杂的应用，uClinux具有相当优势。例如，CISCO公司的2500/3000/4000路由器就是基于uClinux操作系统开发的。总之，操作系统的选择是由嵌入式系统的需求决定的。简单地说就是，小型控制系统可充分利

16、用uC/OS小巧且实时性强的优势；如果开发PDA和互联网连接终端等较和为复杂的系统，则uClinux是不错的选择。16:41| 添加评论| 固定链接| 引用通告 （0）| 写入日志嵌入式系统 Boot Loader 技术内幕嵌入式系统 Boot Loader 技术内幕（一）2005-7-4 16:50:53 364 在专用的嵌入式板子运行Linux 系统已经变得越来越流行。一个嵌入式 Linux 系统从软件的角度看通常可以分为四个层次：1. 引导加载程序。包括固化在固件（firmware）中的 boot 代码（可选），和 Boot Loader 两大部分。 2. Linux 内核。特定于嵌入式

17、板子的定制内核以及内核的启动参数。3. 文件系统。包括根文件系统和建立于 Flash 内存设备之上文件系统。通常用 ram disk 来作为 root fs。4. 用户应用程序。特定于用户的应用程序。有时在用户应用程序和内核层之间可能还会包括一个嵌入式图形用户界面。常用的嵌入式 GUI 有：MicroWindows 和 MiniGUI 等。引导加载程序是系统加电后运行的第一段软件代码。回忆一下 PC 的体系结构我们可以知道，PC 机中的引导加载程序由 BIOS（其本质就是一段固件程序）和位于硬盘 MBR 中的 OS Boot Loader（比如，LILO 和 GRUB 等）一起组成。BIOS

18、在完成硬件检测和资源分配后，将硬盘 MBR 中的 Boot Loader 读到系统的 RAM 中，然后将控制权交给 OS Boot Loader。Boot Loader 的主要运行任务就是将内核映象从硬盘上读到 RAM 中，然后跳转到内核的入口点去运行，也即开始启动操作系统。而在嵌入式系统中，通常并没有像 BIOS 那样的固件程序（注，有的嵌入式 CPU 也会内嵌一段短小的启动程序），因此整个系统的加载启动任务就完全由 Boot Loader 来完成。比如在一个基于 ARM7TDMI core 的嵌入式系统中，系统在上电或复位时通常都从地址 0x00000000 处开始执行，而在这个地址处安排

19、的通常就是系统的 Boot Loader 程序。本文将从 Boot Loader 的概念、Boot Loader 的主要任务、Boot Loader 的框架结构以及 Boot Loader 的安装等四个方面来讨论嵌入式系统的 Boot Loader。（一）Boot Loader 的概念 简单地说，Boot Loader 就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。通常，Boot Loader 是严重地依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式世界。因此，在

20、嵌入式世界里建立一个通用的 Boot Loader 几乎是不可能的。尽管如此，我们仍然可以对Boot Loader 归纳出一些通用的概念来，以指导用户特定的 Boot Loader 设计与实现。1. Boot Loader 所支持的 CPU 和嵌入式板2. 每种不同的 CPU 体系结构都有不同的 Boot Loader。有些 Boot Loader 也支持多种体系结构的 CPU，比如 U-Boot 就同时支持 ARM 体系结构和MIPS 体系结构。除了依赖于CPU 的体系结构外，Boot Loader 实际上也依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。这也就是说，对于两块不同的嵌入式板而言，即使它们是

21、基于同一种 CPU 而构建的，要想让运行在一块板子上的 Boot Loader 程序也能运行在另一块板子上，通常也都需要修改 Boot Loader 的源程序。3. Boot Loader 的安装媒介（Installation Medium）系统加电或复位后，所有的 CPU 通常都从某个由 CPU 制造商预先安排的地址上取指令。比如，基于 ARM7TDMI core 的 CPU 在复位时通常都从地址 0x00000000 取它的第一条指令。而基于 CPU 构建的嵌入式系统通常都有某种类型的固态存储设备（比如：ROM、EEPROM 或 FLASH 等）被映射到这个预先安排的地址上。因此在系统加电

22、后，CPU 将首先执行 Boot Loader 程序。4. 用来控制 Boot Loader 的设备或机制 主机和目标机之间一般通过串口建立连接，Boot Loader 软件在执行时通常会通过串口来进行 I/O，比如：输出打印信息到串口，从串口读取用户控制字符等。5. Boot Loader 的启动过程是单阶段（Single Stage）还是多阶段（Multi-Stage）通常多阶段的 Boot Loader 能提供更为复杂的功能，以及更好的可移植性。从固态存储设备上启动的 Boot Loader 大多都是 2 阶段的启动过程，也即启动过程可以分为 stage 1 和 stage 2 两部分。

23、而至于在 stage 1 和 stage 2 具体完成哪些任务将在下面讨论。6.Boot Loader 的操作模式 （Operation Mode）大多数 Boot Loader 都包含两种不同的操作模式：启动加载模式和下载模式，这种区别仅对于开发人员才有意义。但从最终用户的角度看，Boot Loader 的作用就是用来加载操作系统，而并不存在所谓的启动加载模式与下载工作模式的区别。启动加载（Boot loading）模式：这种模式也称为自主（Autonomous）模式。也即Boot Loader 从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到 RAM 中运行，整个过程并没有用户的介入。这种模

24、式是 Boot Loader 的正常工作模式，因此在嵌入式产品发布的时侯，Boot Loader 显然必须工作在这种模式下。下载（Downloading）模式：在这种模式下，目标机上的 Boot Loader 将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机（Host）下载文件，比如：下载内核映像和根文件系统映像等。从主机下载的文件通常首先被 Boot Loader 保存到目标机的 RAM 中，然后再被Boot Loader 写到目标机上的FLASH 类固态存储设备中。Boot Loader 的这种模式通常在第一次安装内核与根文件系统时被使用；此外，以后的系统更新也会使用 Boot Loader 的这

25、种工作模式。工作于这种模式下的 Boot Loader 通常都会向它的终端用户提供一个简单的命令行接口。像 Blob 或 U-Boot 等这样功能强大的 Boot Loader 通常同时支持这两种工作模式，而且允许用户在这两种工作模式之间进行切换。比如，Blob 在启动时处于正常的启动加载模式，但是它会延时 10 秒等待终端用户按下任意键而将 blob 切换到下载模式。如果在 10 秒内没有用户按键，则 blob 继续启动 Linux 内核。7.BootLoader 与主机之间进行文件传输所用的通信设备及协议最常见的情况就是，目标机上的 Boot Loader 通过串口与主机之间进行文件传输，

26、传输 协议通常是 xmodemymodemzmodem 协议中的一种。但是，串口传输的速度是有限的，因此通过以太网连接并借助 TFTP 协议来下载文件是个更好的选择。此外，在论及这个话题时，主机方所用的软件也要考虑。比如，在通过以太网连接和 TFTP 协议来下载文件时，主机方必须有一个软件用来的提供 TFTP 服务。在讨论了 BootLoader 的上述概念后，下面我们来具体看看 BootLoader 的应该完成哪些任务35嵌入式系统中LCD驱动的实现原理2006-6-9 17:23:17 111 结合三星公司ARM9系列嵌入式处理器S3C2410，讲解如何进行LCD驱动程序模块化编程及如何将

27、驱动程序静态加载进系统内核。 LCD（液晶显示）模块满足了嵌入式系统日益提高的要求，它可以显示汉字、字符和图形，同时还具有低压、低功耗、体积小、重量轻和超薄等很多优点。随着嵌入式系统的应用越来越广泛，功能也越来越强大，对系统中的人机界面的要求也越来越高，在应用需求的驱使下，许多工作在Linux下的图形界面软件包的开发和移植工作中都涉及到底层LCD驱动的开发问题。因此在嵌入式系统中开发LCD驱动得以广泛运用。 本文以三星公司ARM9内核芯片S3C2410的LCD接口为基础，介绍了在Linux平台上开发嵌入式LCD驱动程序的一般方法。 本文硬件采用三星公司的S3C2410芯片的开发板，软件采用Li

28、nux2.4.19平台，编译器为arm-linux-gcc的交叉编译器，使用640480分辨率的TFT彩色LCD，通过对其Linux驱动程序进行改写和调试，成功地实现了对该种屏的驱动和显示。嵌入式驱动的概念 设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口，设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节，这样在应用程序看来，硬件设备只是一个设备文件，应用程序可以像操作普通文件一样对硬件设备进行操作。设备驱动程序是内核的一部分，它主要完成的功能有：对设备进行初始化和释放；把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据；读取应用程序传送给设备文件的数据、回送应用程序请求的数据以及检测和处理设备出现的错误。 Linu

29、x将设备分为最基本的两大类：一类是字符设备，另一类是块设备。字符设备和块设备的主要区别是：在对字符设备发出读/写请求时，实际的硬件I/O一般就紧接着发生了。字符设备以单个字节为单位进行顺序读写操作，通常不使用缓冲技术；块设备则是以固定大小的数据块进行存储和读写的，如硬盘、软盘等，并利用一块系统内存作为缓冲区。为提高效率，系统对于块设备的读写提供了缓存机制，由于涉及缓冲区管理、调度和同步等问题，实现起来比字符设备复杂得多。LCD是以字符设备方式加以访问和管理的，Linux把显示驱动看做字符设备，把要显示的数据一字节一字节地送往LCD驱动器。 Linux的设备管理是和文件系统紧密结合的，各种设备都以文件的形式存放在/dev目录下，称为设备文件。应用程序可以打开、关闭和读写这些设备文件，完成对设备的操作，就像操作普通的数据文件一样。为了管理这些设备，系统为设备编了号，每个设备号又分为主设备号和次设备号。主设备号用来区分不同种类的设备