uC/OS和uClinux操作系統(tǒng)的比較

uClinux的這種多進(jìn)程實(shí)現(xiàn)機(jī)制同它的內(nèi)存管理緊密相關(guān)。uClinux針對沒有mmu處理器開發(fā)，所以被迫使用一種flat方式的內(nèi)存管理模式，啟動新的應(yīng)用程序時(shí)系統(tǒng)必須為應(yīng)用程序分配存儲空間，并立即把應(yīng)用程序加載到內(nèi)存。缺少了MMU的內(nèi)存重映射機(jī)制，uClinux必須在可執(zhí)行文件加載階段對可執(zhí)行文件reloc處理，使得程序執(zhí)行時(shí)能夠直接使用物理內(nèi)存。

3.內(nèi)存管理

在ANSI C中是使用malloc和free兩個(gè)函數(shù)來動態(tài)分配和釋放內(nèi)存。但在嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，多次這樣的錯作會導(dǎo)致內(nèi)存碎片，且由于內(nèi)存管理算法的原因，malloc和free的執(zhí)行時(shí)間也是不確定。

uC/OS-II中把連續(xù)的大塊內(nèi)存按分區(qū)管理。每個(gè)分區(qū)中包含整數(shù)個(gè)大小相同的內(nèi)存塊，但不同分區(qū)之間的內(nèi)存快大小可以不同。用戶需要動態(tài)分配內(nèi)存時(shí)，系統(tǒng)選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)姆謪^(qū)，按塊來分配內(nèi)存。釋放內(nèi)存時(shí)將該塊放回它以前所屬的分區(qū)，這樣能有效解決碎片問題，同時(shí)執(zhí)行時(shí)間也是固定的。

uClinux不能使用處理器的虛擬內(nèi)存管理技術(shù)(應(yīng)該說這種不帶有MMU的處理器在嵌入式設(shè)備中相當(dāng)普遍)。uClinux仍采用存儲器的分頁管理，系統(tǒng)在啟動時(shí)把實(shí)際存儲器進(jìn)行分頁。在加載應(yīng)用程序時(shí)程序分頁加載。但是由于沒有MMU管理，所以實(shí)際上uClinux采用實(shí)存儲器管理策略(real memeory management)。這一點(diǎn)影響了系統(tǒng)工作的很多方面。uClinux系統(tǒng)對于內(nèi)存的訪問是直接的，(它對地址的訪問不需要經(jīng)過MMU，而是直接送到地址線上輸出)，所有程序中訪問的地址都是實(shí)際的物理地址。操作系統(tǒng)對內(nèi)存空間沒有保護(hù)(這實(shí)際上是很多嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn))，各個(gè)進(jìn)程實(shí)際上共享一個(gè)運(yùn)行空間(沒有獨(dú)立的地址轉(zhuǎn)換表)。 一個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行前，系統(tǒng)必須為進(jìn)程分配足夠的連續(xù)地址空間，然后全部載入主存儲器的連續(xù)空間中。與之相對應(yīng)的是標(biāo)準(zhǔn)Linux系統(tǒng)在分配內(nèi)存時(shí)沒有必要保證實(shí)際物理存儲空間是連續(xù)的，而只要保證虛存地址空間連續(xù)就可以了。此外磁盤交換空間也是無法使用的，系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)如果缺少內(nèi)存將無法通過磁盤交換來得到改善。

4.移植

要使?C/OS-Ⅱ正常運(yùn)行，處理器必須滿足以下要求：

1. 處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重入代碼。

2. 用C語言就可以打開和關(guān)閉中斷。

3. 處理器支持中斷，并且能產(chǎn)生定時(shí)中斷(通常在10至100Hz之間)。

4. 處理器支持能夠容納一定量數(shù)據(jù)(可能是幾千字節(jié))的硬件堆棧。

5. 處理器有將堆棧指針和其它CPU寄存器讀出和存儲到堆?；騼?nèi)存中的指令。

像Motorola 6805系列的處理器不能滿足上面的第4條和第5條要求，所以?C/OS-Ⅱ不能在這類處理器上運(yùn)行。

uClinux的移植大致可以分為3個(gè)層次：

1.結(jié)構(gòu)層次的移植。如果待移植處理器的結(jié)構(gòu)不同于任何已經(jīng)支持的處理器結(jié)構(gòu)，則需要修改linux/arch目錄下相關(guān)處理器結(jié)構(gòu)的文件。雖然uClinux內(nèi)核代碼的大部分是獨(dú)立于處理器和其體系結(jié)構(gòu)的，但是其最低級的代碼也是特定于各個(gè)系統(tǒng)的。這主要表現(xiàn)在它們的中斷處理上下文、內(nèi)存映射的維護(hù)、任務(wù)上下文和初始化過程都是獨(dú)特的。這些例行程序位于linux/arch/目錄下。由于Linux所支持體系結(jié)構(gòu)的種類繁多，所以對一個(gè)新型的體系，其低級例程可以模仿與其相似的體系例程編寫。

2.平臺層次的移植。如果待移植處理器是某種uClinux已支持體系的處理器，則需要在相關(guān)體系結(jié)構(gòu)目錄下建立相應(yīng)目錄并編寫相應(yīng)代碼。如MC68EZ328就是基于無MMU內(nèi)核的m68k內(nèi)核的。移植需創(chuàng)建linux/arch/m68knommu/platform/ MC68EZ328目錄，并在其下編寫跟蹤程序(實(shí)現(xiàn)用戶程序到內(nèi)核函數(shù)的接口等功能)、中斷控制調(diào)度程序和向量初始化程序等。

3.板級移植。如果所用處理器已被uClinux支持，就只需要板級移植了。板級移植需要在linux/arch/?platform/中建立一個(gè)相應(yīng)板的目錄，再在其中建立相應(yīng)的啟動代碼crt0_rom.s或crt0_ram.s和鏈接描述文檔rom.ld或ram.ld就可以了。板級移植還包括驅(qū)動程序的編寫和環(huán)境變量設(shè)置等內(nèi)容。

5.結(jié)束語

通過對uC/OS和uClinux的比較可以看出，這兩種操作系統(tǒng)在應(yīng)用方面各有優(yōu)劣。uC/OS占用空間少、執(zhí)行效率高、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良，且針對新處理器的移植相對簡單。UClinux則占用空間相對較大，實(shí)時(shí)性能一般，針對新處理器的移植相對復(fù)雜。但是，uClinux具有對多種文件系統(tǒng)的支持能力、內(nèi)嵌了TCP/IP協(xié)議，可以借鑒Linux豐富的資源，對一些復(fù)雜的應(yīng)用，uClinux具有相當(dāng)優(yōu)勢。總之，操作系統(tǒng)的選擇是由嵌入式系統(tǒng)的需求決定的。簡單地說就是，小型控制系統(tǒng)可充分利用uC/OS小巧且實(shí)時(shí)性強(qiáng)的優(yōu)勢;如果開發(fā)PDA和互聯(lián)網(wǎng)連接終端等較和為復(fù)雜的系統(tǒng)，則uClinux是不錯的選擇。