PMON的軟件架構(gòu)由Nucleus移植到Linux設(shè)計(jì)方案

　　改進(jìn)后的PMON設(shè)計(jì)架構(gòu)，摒棄了將驅(qū)動(dòng)程序掛載在Linux設(shè)備管理模塊的傳統(tǒng)思維，將各驅(qū)動(dòng)程序掛載在自我編寫(xiě)的驅(qū)動(dòng)管理模塊上，從而避免了為適應(yīng)Linux設(shè)備管理模塊，而大量改寫(xiě)各驅(qū)動(dòng)程序的工作量。

　　各驅(qū)動(dòng)程序沒(méi)有掛載在Linux設(shè)備管理模塊上，并不等于失去了Linux動(dòng)態(tài)管理模塊的功能，各驅(qū)動(dòng)程序可編譯為模塊，而由驅(qū)動(dòng)管理模塊通過(guò)request_module()和remove_module()的內(nèi)核符號(hào)調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)加載和移出主存，在嵌入式系統(tǒng)中有效地控制了內(nèi)存資源的使用。通過(guò)在內(nèi)核中，驅(qū)動(dòng)管理模塊內(nèi)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的配置、初始化，設(shè)備和驅(qū)動(dòng)的一致性檢查和驅(qū)動(dòng)間的通信，避免了用戶層空間和內(nèi)核空間的反復(fù)陷入和上下文切換，提高了系統(tǒng)性能，這在一個(gè)支持熱插拔的系統(tǒng)中，對(duì)于硬件反復(fù)檢測(cè)的要求，尤為有效。

　　由于在Linux操作系統(tǒng)看來(lái)，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(jiǎn)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(qǐng)一個(gè)中斷號(hào)，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(lái)注冊(cè)中斷處理函數(shù)，并負(fù)責(zé)將中斷信號(hào)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(wèn)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(jiǎn)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(cè)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(cè)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(jiǎn)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(kāi)了為L(zhǎng)inux設(shè)備管理接口而進(jìn)行的改寫(xiě)，從而顯著提高了開(kāi)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(duì)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(yǔ)

　　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(duì)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(lái)看，方案可行、廉價(jià)、高效。