基于嵌入式環(huán)境中Nucleus到Linux的程序移植方案

由于在Linux操作系統(tǒng)看來，只存在一個(gè)虛擬設(shè)備，因此，在文件系統(tǒng)中，向用戶空間提供的接口必然統(tǒng)一，用戶進(jìn)程不必考慮設(shè)備和驅(qū)動(dòng)的完整一致性，使用戶進(jìn)程的設(shè)計(jì)簡單干凈。驅(qū)動(dòng)管理模塊作為一個(gè)虛擬設(shè)備，只向Linux的中斷管理模塊申請一個(gè)中斷號，而由新架構(gòu)中的中斷服務(wù)模塊，負(fù)責(zé)提供接口給各驅(qū)動(dòng)程序用來注冊中斷處理函數(shù)，并負(fù)責(zé)將中斷信號分發(fā)至各處理函數(shù)。這不僅滿足了各驅(qū)動(dòng)程序的中斷要求，也解決了Linux系統(tǒng)中斷資源有限的問題。

新的架構(gòu)的設(shè)計(jì)，將工作量主要集中到了驅(qū)動(dòng)管理模塊的設(shè)計(jì)上，驅(qū)動(dòng)管理模塊其實(shí)就是獨(dú)立于Linux設(shè)備管理模塊的一個(gè)簡易設(shè)備管理模塊，要完成以下工作:實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)加載的功能，為各驅(qū)動(dòng)程序提供注冊的統(tǒng)一接口，實(shí)現(xiàn)各驅(qū)動(dòng)程序的配置和初始化，負(fù)責(zé)檢查各設(shè)備和驅(qū)動(dòng)、各設(shè)備之間和各驅(qū)動(dòng)之間的合法性和一致性，負(fù)責(zé)向Linux設(shè)備管理模塊注冊一個(gè)虛擬設(shè)備，負(fù)責(zé)將從用戶層進(jìn)入虛擬設(shè)備的命令解析并分發(fā)至各驅(qū)動(dòng)程序。而以上列舉的驅(qū)動(dòng)管理模塊應(yīng)完成的功能，在Nucleus中，實(shí)現(xiàn)各驅(qū)動(dòng)程序的配置和初始化，負(fù)責(zé)檢查各設(shè)備和驅(qū)動(dòng)、各設(shè)備之間和各驅(qū)動(dòng)之間的合法性和一致性等功能是已經(jīng)完成的。

性能分析及移植結(jié)果

改進(jìn)后的PMON軟件在Linux中的程序設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的Linux程序設(shè)計(jì)相比：

1)由于最大限度避免了用戶空間陷入內(nèi)核空間及內(nèi)核空間返回用戶空間時(shí)的上下文切換，性能顯著提高。

2)底層驅(qū)動(dòng)為用戶空間提供了統(tǒng)一的驅(qū)動(dòng)接口，簡化了用戶進(jìn)程的設(shè)計(jì)。各驅(qū)動(dòng)程序的移植也由于避開了為Linux設(shè)備管理接口而進(jìn)行的改寫，從而顯著提高了開發(fā)效率。

3)中斷服務(wù)模塊的設(shè)計(jì)，有效地?cái)U(kuò)展了中斷資源。

4)對于Linux動(dòng)態(tài)加載模塊功能的有效利用，有效節(jié)約了嵌入式系統(tǒng)中有限的內(nèi)存。

在PMON項(xiàng)目中，應(yīng)用了改進(jìn)后的程序設(shè)計(jì)，以6個(gè)人月的工作量便完成了原系統(tǒng)軟件的移植工作，且系統(tǒng)性能完全滿足設(shè)計(jì)要求。

結(jié)語

本文提出的將PMON軟件架構(gòu)由Nucleus移植到Linux中的方法，即單一設(shè)備、多個(gè)模塊、架構(gòu)整體搬遷，有效地提高了移植的效率和移植程序的性能。對于其他將單一地址空間程序移植到多地址空間操作系統(tǒng)的項(xiàng)目，也有一定的參考價(jià)值。由PMON軟件架構(gòu)在MIPS架構(gòu)下，從Nucleus操作系統(tǒng)中，移植到Linux操作系統(tǒng)后的結(jié)果來看，方案可行、廉價(jià)、高效。