如何选择ARM_CPU的操作系统

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如何选择ARM CPU的操作系统

发表时间:2007-12-2606:06:21  

从8位/16位单片机发展到以ARMCPU核为代表的32位嵌入式处理器，嵌入式操作系统将替代传统的由手工编制的监控程序或调度程序，成为重要的基础组件。更重要的是嵌入式操作系统对应用程序可以起到屏蔽的作用，使应用程序员面向操作系统级开发应用软件，并易于在不同的ARM核的嵌入式处理器上移植。 嵌入式操作系统都具有一定的实时性，易于裁剪和伸缩，可以适合于从ARM7到Xscale各种ARM CPU和各种档次的应用，嵌入式操作系统可以使用广泛流行的ARM开发工具，如ARM公司的SDT/ADS和RealView等,也可以使用开发软件，如GCC/GDB、KDE或Eclipe开发环境，市场上还有专用的开发工具，如Tornado、mC/View、mC/KA、CODE/Lab、Metroworks等。

 

       本文就目前国内在ARM CPU上广泛采用的三种嵌入式操作系统(uCOS-II、uCLinux和嵌入式Linux)作分析。

 

ARM开发论坛

 

 

       uCOS-II嵌入式实时内核 字串4

 

       全世界数百种设备已经在使用uCOS-II，包括手机、路由器、不间断电源、飞行器、医疗设备和工业控制设备。uCOS-II已经有ARM7TDMI、ARM9和Strong ARM等各种ARM CPU的移植，支持包含Atmel、Hynix、Intel、Motorola、Philips、Samsung、Sharp等公司的ARM核的CPU。uCOS-II的移植也相当容易，与CPU相关的代码包装在三个文件中，它们是os_cpu.h、os_cpu_a.asm和os_cpu_c.c。

 

http://www.armforum

 

       uCOS-II有60多个系统调用，覆盖任务、定时器、信号量、事件标志、邮箱、队列和内存管理，已经包含了传统嵌入式操作系统内核(如PSOS，VRTX)的功能，还支持互斥型信号量，这是90年代的嵌入式操作系统内核，如VxWorks和VRTXsa才有的技术。 http://www.armforum

 

       uCOS-II因为是可抢占的实时内核，所以uCOS-II与商业嵌入式实时内核在性能上没有什么差异，uCOS-II没有用户态和内核态，任务(线程)或中断和任务切换的响应可以很快，主要是和ARM CPU相关的。最新的2.7x版本还增加了算法以避免在移植中修改堆栈指针,这样可以保证uCOS-II在不同的CPU上运行更稳定，移植更方便。uCOS-II目前除了内核外还有商业化文件系统mC/FS，图形系统uC/GUI以及任务调试工具uC/KA和uC/View，但是uC/OS-II自己目前还没有TCP/IP协议系统。

 

ARM

 

       总的来说，uCOS-II是一个非常容易学习，结构简单，功能完备和实时性很强的嵌入式操作系统内核，适合于各种嵌入式应用以及大专院校教学和科研。最后需要说明，uCOS-II不是免费软件，任何人学习使用uCOS-II需要购买《嵌入式实时操作系统uCOS-II》一书，使用uCOS-II的产品需要购买产品生产授权，购买了此授权的还可以得到开发期间的技术支持和升级服务。

uCLinux操作系统

 

ARM

 

       uCLinux是Linux小型化后，适合于没有MMU(内存管理单元)的微处理器芯片而裁剪成的操作系统，如果ARM CPU系列中的ARM7 TDMI、ARM940T等产品希望使用Linux操作系统，只能用uCLinux，当然，uCLinux也支持Motorola Dragonball、Coldfire等其它中低端嵌入式处理器。 M开发论坛

 

       uCLinux保持了传统Linux操作系统的主要特性，包括稳定、强大的网络和文件系统的支持，uCLinux裁剪了大量的Linux内核以缩小尺寸，适合象512k/b RAM、1M/bFlash这样小容量、低成本的嵌入式系统。uCLinux系统小型化的另一简化是采用了uCLib库替代Linux的Glib库，使用uCLib可以大大减少应用程序的代码尺寸，对于中小型嵌入式应用，uCLib功能可以满足需要，所以目前即使是某些采用Linux 2.4内核的嵌入式Linux系统也采用uCLib库的做法。uCLinux中，由于没有内存保护机制，应用代码一般采用静态连接的方式，而且在uCLinux中采用Flat文件执行格式(Linux是Coff或Elf格式), uCLinux和应用代码都可以支持固化，存储在Flash存储介质中，不需象Linux需要经过一次Flash到RAM的拷贝。所有这些，使得uCLinux更象传统意义上的嵌入式操作系统。

 

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       uCLinux是由Linux 2.0.38内核开始移植的，目前已经有2.4 Linux支持的一些移植的版本，如S3C2500、44B0等ARM芯片，可以在uCLinux的官方网站www.uclinux上找到这些版本，uCLinux近期主要是在发展各种2.4.x版本的移植，以期跟上Linux社会主流的发展趋势(因为今后Linux 2.6将开始成为主流的内核)。

 

ARM

 

 

       uCLinux主要是针对没有MMU的嵌入式处理器开发设计，那么它也失去了有MMU所带来的Linux操作系统的特色，比如，上面已经提到的静态加载(Linux支持动态应用的加载)，uCLinux对内存操作是直接的物理内存，这样，任何程序的异常都可能导致内核崩溃，uCLinux支持多线程，但需要父子线程协调同步，uCLinux的文件系统相对比较陈旧，支持的CPU和参考设计还比较少，社区的发展和维护也相对缓慢。目前uCLinux官方网站还很少看见象IBM、Intel这样的大型公司身影，只有2~3家小型的硬件或方案提供商，这对于商业化的产品开发中采用是有一定的风险。ARM开发论坛

 

       嵌入式Linux操作系统 ARM开发论坛

 

       这里要讨论的是可以嵌入在ARM CPU上的，具有MMU功能的Linux操作系统，也可以称是嵌入式Linux操作系统。与微软公司的软件不一样，Linux不是由一家公司所拥有、维护开发的， Linux在市场有多种发行版本，所有发行版本都包含一样的Linux内核、基本工具和应用，不同的发行版本主要是在附加的工具链、应用、配置以及各种内核补丁上有所不同。嵌入式Linux主要是在实时性增强、内核精简和裁减、支持多种CPU结构(如ARM CPU)等方面做了改进和提高。

 

 

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        使用嵌入式Linux系统有两种途径： M开发论坛

 

       第一是用户自己装配(称为DIY内核)，你可以在www.kernel找到全部Linux代码，或直接到ARM CPU的源代码树下www.armlinux.uk找到所需要的Linux版本的移植，或者某些半导体公司，如三星、Motorola在自己的网站或在自己的ARM评估板含有一个最小Linux内核系统。如果这个最小内核没有包含GCC/GDB工具链，可能还要到GNU的网站下载全部的源代码，然后再编译生成所需要版本的ARM工具链和应用程序库，这个过程是相当耗时和困难的。还需要指出，这种DIY内核的配置，添加应用和驱动程序也是不标准的和复杂的，这是嵌入式系统的特殊性所在。字串8

 

       第二是选择一个商业化的嵌入式Linux操作系统平台。商业化的嵌入式Linux版本是针对嵌入式处理器，如ARM所优化设计的，支持各种半导体厂家的评估板和主要的设备驱动，商业化的嵌入式Linux包含了文件系统、应用、实时性扩展和技术支持培训服务，现今国外著名的商业化嵌入式Linux产品有：MontaVista Linux、Bluecat Linux、Timesys Linux、 MetroworkLinux、Vlinux和Redhat Linux等，国内也有红旗、中软、新华嵌入式Linux。

 

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       MontaVista Linux是MontaVista软件公司于1999年推出的，它是目前全球优秀的嵌入式Linux操作系统和工具供应商，MontaVista在嵌入式Linux的实时==叉开发工具、高可用性、动态电源管理等Linux技术要点方面具有领先地位。MontaVista Linux最版本是3.1，采用Linux 2.4.20，针对8种CPU系列(包含ARM和Xscale)优化定制的商业化版本。 字串8

 

       选择象MontaVista Linux这样商业化嵌入式Linux，可以让用户把时间和资金放在应用软件和特定的硬件接口和设备驱动程序，使用商业化嵌入式Linux可以得到一定时间(一般是1年)的技术支持，升级和培训(这很重要，因为Linux是每天都在变化的)。

 

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        商业化嵌入式Linux目前除国内的产品外，价格还是很昂贵的，根据配置和服务时间，大约从几千到几万美元，多数国内用户从资金和心理上还很难承受，商业化嵌入式Linux开发工具相对于Microsoft和象Tornado/VxWork的开发工具，在易于使用和丰富性方面还待于提高和改进。字串8

 

       同样作为Linux操作系统，笔者推荐使用带有MMU的嵌入式Linux，而不是mCLinux，因为绝大多数新的ARM CPU都是AMR9核，它们都带有MMU了，无论是开放源码的Linux社区还是商业化的嵌入式Linux公司的支持和维护都比mCLinux要好要快和丰富得多。

结语http://www.armforum

 

       前面我们对三种在ARM CPU上较为流行的嵌入式操作系统作了详细的分析，在进入一个总结之前，笔者还想提到几个在国际上很有名气的嵌入式操作系统，它们是WindRiver公司的VxWorks、ATI的Nucleus、iTron和WinCE，但它们在ARM CPU的应用不多见，介绍从略。 最后归纳一下选择一个合适的ARM CPU的嵌入式操作系统的几个重要因素：

 

ARM

 

 

       第一是应用。如果你想开发的嵌入式设备是一个和网络应用密切相关或者就是一个网络设备，那么你应该选择用嵌入式Linux或者uCLinux，而不是uC/OS-II。 字串5

 

       第二是处理器。它可以适合于90~95%的各种嵌入式系统应用。当然，你如果希望更快的实时响应，如高速的A/D转换需要几个微秒以内的中断延时，可能采用uC/OS-II是合适的。当然，你采用象Vxworks这样传统的嵌入式操作系统也可以满足这样的强实时性要求。

 

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       第三是开发工具。显然，目前uC/OS-II、uCLinux和嵌入式Linux的开发工具与商业嵌入式操作系统工具还有一些差距，目前在ARM CPU上广泛流行和使用的是ARM公司SDT/ADS工具链，产品无论在功能、稳定性和众多的第三方厂商支持方面都很好，唯一不足的是缺少对嵌入式Linux操作系统的支持，SDT/ADS的升级产品RealView计划支持GCC和嵌入式Linux，但目前还没有看到，uC/OS-II可以使用ARMSDT/ADS，但没有操作系统调试功能。

 

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       第四是所选择的ARM CPU和参考板，象ARM7TDMI和ARM940T(如S3C2500/2510)核是不能使用嵌入式Linux的，如果想用Linux，只能用uCLinux，如果想用VxWorks，需要了解一下提供评估板的公司是否有BSP(板支持包)，VxWorks自己只有少数ARM公司评估板的支持。 ARM开发论坛

 

        最后是价格和技术服务。在考虑购买商业嵌入式操作系统时，会遇到是买还是自己做的问题，这是很正常的，尤其是在采用开放源代码技术时，这个问题就更加突出。有一点需要注意的是，有些产品如VxWorks是既按用户数收取开发费，也按用户产品售出的实际数量收取每个VxWorks软件运行的版税。 uC/OS-II只是收取每种产品一次性版税(不限数量)。Linux无论是uCLinux还是嵌入式Linux(即使是商业版本象 MontaVista Linux)是不收版税的，商用嵌入式Linux是以服务费或订阅方式收取开发时的费用。很明显，国外产品价格是贵一些，但不能不承认他们在嵌入式操作系统的技术已经远远走在前方。

ARM

 

 

 

初学者之--理解嵌入式操作系统

发表时间:2007-12-2915:41:45    来源:ARM开发论坛    责任编辑:Mentlely    阅读数:

　　采用嵌入式实时操作系统(RTOS)可以更合理、更有效地利用CPU的资源，简化应用软件的设计，缩短系统开发时间，更好地保证系统的实时性和可靠性。由于RTOS需占用一定的系统资源(尤其是RAM资源)，只有μC／OS-II、embOS、salvo、FreeRTOS等少数实时操作系统能在小RAM单片机上运行。相对于C／OS-II、embOS等商业操作系统，FreeRTOS操作系统是完全免费的操作系统，具有源码公开、可移植、可裁减、调度策略灵活的特点，可以方便地移植到各种单片机上运行，其最新版本为2.6版。

　　1 FreeRTOS操作系统功能

　　作为一个轻量级的操作系统，FreeRTOS提供的功能包括：任务治理、时间治理、信号量、消息队列、内存治理、记录功能等，可基本满足较小系统的需要。FreeRTOS内核支持优先级调度算法，每个任务可根据重要程度的不同被赋予一定的优先级，CPU总是让处于就绪态的、优先级最高的任务先运行。FreeRT0S内核同时支持轮换调度算法，系统答应不同的任务使用相同的优先级，在没有更高优先级任务就绪的情况下，同一优先级的任务共享CPU的使用时间。

　　FreeRTOS的内核可根据用户需要设置为可剥夺型内核或不可剥夺型内核。当FreeRTOS被设置为可剥夺型内核时，处于就绪态的高优先级任务能剥夺低优先级任务的CPU使用权，这样可保证系统满足实时性的要求；当FreeRTOS被设置为不可剥夺型内核时，处于就绪态的高优先级任务只有等当前运行任务主动释放CPU的使用权后才能获得运行，这样可提高CPU的运行效率。 字串4

　　2 FreeRTOS操作系统的原理与实现

　　2. 1任务调度机制的实现

　　任务调度机制是嵌入式实时操作系统的一个重要概念，也是其核心技术。对于可剥夺型内核，优先级高的任务一旦就绪就能剥夺优先级较低任务的CPU使用权，提高了系统的实时响应能力。不同于μC／OS-II，FreeRTOS对系统任务的数量没有限制，既支持优先级调度算法也支持轮换调度算法，因此FreeRTOS采用双向链表而不是采用查任务就绪表的方法来进行任务调度。系统定
义的链表和链表节点数据结构如下所示：
typedef struct xLIST{ //定义链表结构

unsigned portSHORPT usNumberOfItems;

ARM

//usNumberOfItems为链表的长度，为0表示链表为空

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volatile xListItem * pxHead;//pxHead为链表的头指针 ARM开发论坛

volatile xListItem * pxIndex; //pxIndex指向链表当前结点的指针字串5

volatile xListItem xListEnd; //xListEnd为链表尾结点

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}xList;

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struct xLIST_ITEM { //定义链表结点的结构 字串8

port Ticktype xItem Value;

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//xItem Value的值用于实现时间治理

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//port Tick Type为时针节拍数据类型， 字串5

//可根据需要选择为16位或32位

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volatile struct xLIST_ITEM * pxNext;

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//指向链表的前一个结点

ARM

void * pvOwner;//指向此链表结点所在的任务控制块http://www.armforum

void * pvContainer;//指向此链表结点所在的链表}； ARM开发论坛

FreeRTOS中每个任务对应于一个任务控制块(TCB)，其定义如下所示：

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typedef struct tskTaskControlBlock { 字串8

portSTACK_TYPE * pxTopOfStack; ARM开发论坛

//指向任务堆栈结束处

ARM

portSTACK_TYPE * pxStack; ARM

//指向任务堆栈起始处 ARM开发论坛

unsigned portSHORT usStackDepth; //定义堆栈深度 ARM

signed portCHAR pcTaskName[tskMAX_TASK_NAME_LEN];//任务名称

ARM

unsigned portCHAR ucPriority; //任务优先级 M开发论坛

xListItem xGenericListItem;

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//用于把TCB插入就绪链表或等待链表 字串8

xListItem xEventListItem;

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//用于把TCB插入事件链表（如消息队列） 字串4

unsigned portCHAR ucTCBNumber; //用于记录功能 ARM

}tskTCB;

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　　FreeRTOS定义就绪任务链表数组为xList pxReady—TasksLists[portMAX_PRIORITIES]。其中portMAX_PRIORITIES为系统定义的最大优先级。若想使优先级为n的任务进入就绪态，需要把此任务对应的TCB中的结点xGenericListltem插入到链表pxReadyTasksLiStS[n]中，还要把xGenericListItem中的pvContainer指向pxReadyTasksLists[n]方可实现。

　　当进行任务调度时，调度算法首先实现优先级调度。系统按照优先级从高到低的顺序从就绪任务链表数组中寻找usNumberOfItems第一个不为0的优先级，此优先级即为当前最高就绪优先级，据此实现优先级调度。若此优先级下只有一个就绪任务，则此就绪任务进入运行态；若此优先级下有多个就绪任务，则需采用轮换调度算法实现多任务轮流执行。

　　若在优先级n下执行轮换调度算法，系统先通过执行
(pxReadyTasksLists[n])→pxIndex=(pxReadyTasks-Lists[n])→pxlndex→pxNext语句得到当前结点所指向的下一个结点，再通过此结点的pvOwner指针得到对应的任务控制块，最后使此任务控制块对应的任务进入运行态。由此可见，在FreeRTOS中，相同优先级任务之间的切换时间为一个时钟节拍周期。

　　以图l为例，设系统的最大任务数为pottMAX_PRIORITIES，在某一时刻进行任务调度时，得到pxReadyTasksLists[i]．usNumberOfItems=O(i=2...portMAX_PRIORITIES)以及pxReadyTasksLists[1]。usNumberOfItems=3。由此内核可知当前最高就绪优先级为l，且此优先级下已有三个任务已进入就绪态．由于最高就绪优先级下有多个就绪任务，系统需执行轮换调度算法实现任务切换；通过指针pxlndex可知任务l为当前任务，而任务l的pxNext结点指向任务2，因此系统把pxIndex指向任务2并执行任务2来实现任务调度。当下一个时钟节拍到来时，若最高就绪优先级仍为1，由图l可见，系统会把pxIndex指向任务3并执行任务3。

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　　为了加快任务调度的速度，FrecRTOS通过变量ucTopReadyPriotity跟踪当前就绪的最高优先级。当把一个任务加入就绪链表时，假如此任务的优先级高于ucTopReadyPriority，则把这个任务的优先级赋予ucTopReadyPriority。这样当进行优先级调度时，调度算法不是从portMAX_PRIORITIES而是从ucTopReady-Priority开始搜索。这就加快了搜索的速度，同时缩短了内核关断时间。

2.2 任务治理的实现

　　 实现多个任务的有效治理是操作系统的主要功能。FreeRTOS下可实现创建任务、删除任务、挂起任务、恢复任务、设定任务优先级、获得任务相关信息等功能。下面主要讨论FreeRTOS下任务创建和任务删除的实现。当调用sTaskCreate()函数创建一个新的任务时，FreeRTOS首先为新任务分配所需的内存。若内存分配成功，则初始化任务控制块的任务名称、堆栈深度和任务优先级，然后根据堆栈的增长方向初始化任务控制块的堆栈。接着，FreeRTOS把当前创建的任务加入到就绪任务链表。若当前此任务的优先级为最高，则把此优先级赋值给变量ucTopReadyPriorlty(其作用见2.1节)。若任务调度程序已经运行且当前创建的任务优先级为最高，则进行任务切换.

　　不同于μC／OS—II，FreeRTOS下任务删除分两步进行。当用户调用vTaskDelete()函数后，执行任务删除的第一步：FreeRTOS先把要删除的任务从就绪任务链表和事件等待链表中删除，然后把此任务添加到任务删除链表，若删除的任务是当前运行任务，系统就执行任务调度函数，至此完成任务删除的第一步。当系统空闲任务即prvldleTask()函数运行时，若发现任务删除链表中有等待删除的任务，则进行任务删除的第二步，即释放该任务占用的内存空间，并把该任务从任务删除链表中删除，这样才彻底删除了这个任务。值得注重的是，在FreeRTOS中，当系统被配置为不可剥夺内核时，空闲任务还有实现各个任务切换的功能。

ARM

　　通过比较μC／OS-II和FreeRTOS的具体代码发现，采用两步删除的策略有利于减少内核关断时间，减少任务删除函数的执行时间，尤其是当删除多个任务的时候。

　　2.3 时间治理的实现

　　FreeRTOS提供的典型时间治理函数是vTaskDelay()，调用此函数可以实现将任务延时一段特定时间的功能。在FreeRT0S中，若一个任务要延时xTicksToDelay个时钟节拍，系统内核会把当前系统已运行的时钟节拍总数(定义为xTickCount，32位长度)加上xTicksToDelay得到任务下次唤醒时的时钟节拍数xTimeToWake。然后，内核把此任务的任务控制块从就绪链表中删除，把xTim
eToWake作为结点值赋予任务的xItemValue，再根据xTimeToWake的值把任务控制块按照顺序插入不同的链表。若xTimeToWake>xTickCount，即计算中没有出现溢出，内核把任务控制块插入到pxDelayedTaskList链表；若xTimeToWake<xTickCount，即在计算过程中出现溢出，内核把任务控制块插入到pxOverflowDelayed-Taskust链表。

　　每发生一个时钟节拍，内核就会把当前的xTick-Count加1。若xTickCount的结果为0，即发生溢出，内核会把pxOverflowDelayedTaskList作为当前链表；否则，内核把pxDelaycdTaskList作为当前链表。内核依次比较xTickCotlrtt和链表各个结点的xTimcToWake。若xTick-Count等于或大于xTimeToWake，说明延时时间已到，应该把任务从等待链表中删除，加入就绪链表。字串8

　　由此可见，不同于μC／OS—II，FreeRTOS采用“加”的方式实现时间治理。其优点是时间节拍函数的执行时间与任务数量基本无关，而μC／OS—II的OSTimcTick()的执行时间正比于应用程序中建立的任务数。因此当任务较多时，FreeRTOS采用的时间治理方式能有效加快时钟节拍中断程序的执行速度。

　　2.4 内存分配策略

　　每当任务、队列和信号量创建的时候，FreeRTOS要求分配一定的RAM。虽然采用malloc()和free()函数可以实现申请和释放内存的功能，但这两个函数存在以下缺点：并不是在所有的嵌入式系统中都可用，要占用不定的程序空间，可重人性欠缺以及执行时间具有不可确定性。为此，除了可采用malloc()和free()函数外，FreeRTOS还提供了另外两种内存分配的策略，用户可以根据实际需要选择不同的内存分配策略。

　　第1种方法是，按照需求内存的大小简单地把一大块内存分割为若干小块，每个小块的大小对应于所需求内存的大小。这样做的好处是比较简单，执行时间可严格确定，适用于任务和队列全部创建完毕后再进行内核调度的系统；这样做的缺点是，由于内存不能有效释放，系统运行时应用程序并不能实现删除任务或队列。

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　　第2种方法是，采用链表分配内存，可实现动态的创建、删除任务或队列。系统根据空闲内存块的大小按从小到大的顺序组织空闲内存链表。当应用程序申请一块内存时，系统根据申请内存的大小按顺序搜索空闲内存链表，找到满足申请内存要求的最小空闲内存块。为了提高内存的使用效率，在空闲内存块比申请内存大的情况下，系统会把此空闲内存块一分为二。一块用于满足申请内存的要求，一块作为新的空闲内存块插入到链表中。

　　下面以图2为例介绍方法2的实现。假定用于动态分配的RAM共有8KB，系统首先初始化空闲内存块链表，把8KB RAM全部作为一个空闲内存块。当应用程序分别申请1KB和2KB内存后，空闲内存块的大小变为5KB3。2KB的内存使用完毕后，系统需要把2KB插入到现有的空闲内存块链表。由于2 KB<5KB，所以把这2 KB插入5KB的内存块之前。若应用程序又需要申请3 KB的内存，而在空闲内存块链表中能满足申请内存要求的最小空闲内存块为5KB，因此把5KB内存拆分为2部分，3KB部分用于满足申请内存的需要，2KB部分作为新的空闲内存块插入链表。随后1KB的内存使用完毕需要释放，系统会按顺序把1KB内存插入到空闲内存链表中。

　　方法2的优点是，能根据任务需要高效率地使用内存，尤其是当不同的任务需要不同大小的内存的时候。方法二的缺点是，不能把应用程序释放的内存和原有的空闲内存混合为一体，因此，若应用程序频繁申请与释放“随机”大小的内存，就可能造成大量的内存碎片。这就要求应用程序申请与释放内存的大小为“有限个”固定的值(如图2中申请与释放内存的大小固定为l KB、2KB或3 KB)。方法2的另一个缺点是，程序执行时间具有一定的不确定性。　　μC／OS—II提供的内存治理机制是把连续的大块内存按分区来治理，每个分区中包含整数个大小相同的内存块。由于每个分区的大小相同，即使频繁地申请和释放内存也不会产生内存碎片问题，但其缺点是内存的利用率相对不高。当申请和释放的内存大小均为一个固定值时(如均为2 KB)，FreeRTOS的方法2内存分配策略就可以实现类似μC／OS—Ⅱ的内存治理效果。字串8

　　2.5 FreeRTOS的移植

　　FreeRTOS操作系统可以被方便地移植到不同处理器上工作，现已提供了ARM、MSP430、AVR、PIC、C8051F等多款处理器的移植。FrceRTOS在不同处理器上的移植类似于μC／0S一II，故本文不再详述FreeRTOS的移植。此外，TCP／IP协议栈μIP已被移植到FreeRTOS上，具体代码可见FreeRTOS网站。

　　2.6 FreeRTOS的不足

　　相对于常见的μC／OS—II操作系统，FreeRTOS操作系统既有优点也存在不足。其不足之处，一方面体现在系统的服务功能上，如FreeRTOS只提供了消息队列和信号量的实现，无法以后进先出的顺序向消息队列发送消息；另一方面，FreeRTOS只是一个操作系统内核，需外扩第三方的GUI(图形用户界面)、TCP／IP协议栈、FS(文件系统)等才能实现一个较复杂的系统，不像μC／OS-II可以和μC／GUI、μC／FS、μC／TCP-IP等无缝结合。

　　3 结 论

　　作为一个免费的操作系统，采用FreeRTOS可在基本满足较小系统需要的情况下降低系统成本、简化开发难度。作为一个源码公开的操作系统，学习FreeRTOS可以更好地把握嵌入式实时操作系统的实现原理；在实践中，采用FreeRTOS操作系统和MSP430单片机构成的温度控制系统稳定可靠，实现了较好的控制效果。

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怎样高效学习嵌入式发表时间:2007-12-2915:55:03    来源:ARM开发论坛    责任编辑:Mentlely    阅读数:1、学习linux

根据我在论坛的了解，我选择学习嵌入式linux，刚好我们学校也重视嵌入式linux，从实验室到课程安排都是关于嵌入式linux方面，天时地利！这里我把学习linux的经验和教训说说。

 

可以这样说，在论坛里说道学习linux差不多就学习linux内核。于是我电脑里安装了linux就开始看linux内核方面的书了。我记得来学校以前就买到一本陈莉君的讲linux内核的第一版，现在有第二版了。我就开始看那本说，大家说linux内核情景分析不错，我就买了上下册，后来又买了《深入理解linux内核》，最后也买了毛德操的《嵌入式系统》也是分析linux内核代码的，主要讲arm相关的。

 

看内核期间是个非常痛苦的过程，看情景分析有种在森林中找出路，其间我组织了一些同学学习内核，几乎没有几个能坚持下来的。我认为我是坚持下来了。情景分析在看第一、第二遍是几乎没有摸到门道，我分析有三个方面的原因：1、自己的基础差，这是最要害的。2、内核本身很难。3、没有交流和高人指点。到了第三遍时我才摸到门，才差不多知道个linux的大概脉络，很多细节也是稀里糊涂。

 

学习linux总结，这里声明一下，我指的嵌入式主要是偏向软件的嵌入式。学习嵌入式的重点和难点要害在操作系统，假如没有把握操作系统，我认为很难把握一个嵌入式系统。即使在做嵌入式开发中，作应有层的开发几乎可以不知道操作系统也可以开发，我认为那是浮在表面的。很难深入和提高自己的层次。声明：一孔之见！不可深究！

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在学习linux内核过程中犯了一个极其严重路线错误：对linux几乎不懂就开始学习内核。我个人推荐一个学习路线是：使用linux—〉linxu系统编程开发---〉驱动开发和分析linux内核。而我差不多相反，实际上你不会使用linux也可以学习内核，但是假如你懂了这些东西学习更有效率。

 

关于要不要学习内核的问题，我的回答如下：不一定。假如你是喜欢钻研的那你进入内核会满足你的欲望。同时对你以后的嵌入式系统的开发有很好的影响。假如你想从事嵌入式linux系统开发，最好对内核有所了解。假如仅仅是做应用开发没有必要。我打个比喻：c、c 、java等语言是武林中的某个武林派别的话，如什么拳法，什么刀法等，那么linux 内核应该是一个人的内功的反应。

 

怎么开始学linux内核：最好有三件宝物：《深入理解linux内核》《情景分析》和源代码。

 

先看《深》，那主要讲原理，似乎市场上有本讲原理性并且更浅，《linux内核设计与实现》听说不错。假如没有学习操作系统的，像我这样的，最好先看看操作系统原理的书。看了几遍后，就看情景分析，最好对着《深》看。两本交叉看，《深》是纲，《情》是目。最后深入代码。

 

2、学习嵌入式linux

 

学习嵌入式，我认为两个重点，cpu和操作系统，目前市场是比较流行arm，所以推荐大家学习arm。操作系统很多，我个人对开始学习的人，非凡不是计算机专业的，推荐学习ucos。那是开源的，同时很小。学习很好。为什么选linux，我不想讲太多，网上这方面的太多，但是我在工作中发现，做linux的技术路线很难，在windows几乎不会有的问题，在linux开发中几乎遍地陷阱。一掉进去划很长时间出来，一旦解决自己又长进了！相对来说开发周期长，难度大。现在资料也逐渐丰富起来，难度也降低了些！字串8

 

至于怎么学习，这是他的特色地方，必须有块开发板，我是同学里最早买学习板的，虽然化钱，我认为值。对我实习和工作产生了很大的影响。

 

假如没有开发板，那是纸上谈兵。有人说，那要1000-2000亚，的确是，兄弟，看长远的，对您的职业和发展那点钱不算什么！有的人说我站着说话不腰痛，好吧，钱这东西对我影响很大，我在大学里扫厕所，扫的不错，奖5元/月。兄弟你有过吗？我认为教育投资是效益最有保障的！我实习拿3k，很多同学拿1-2k，当然比我高的也有。虽然我现在没有毕业，但一家公司就签了。从事目前流行的高档的消费电子的研发。对于我两年前一无所知的我，应该有质的变化，我感谢学校收了我这个废品。当然我也非常的努力。说这么多并不是要炫耀我什么，实际上根本不值得炫耀，虽然现在工作环境和待遇比较满足，但是，我发现我很差，非凡是代码能力，我希望平常大家少玩游戏，多编程。编程才是硬道理！

 

3、学习板和培训

 

你可以不接受培训，但是不能不买开发板。假如你想学习嵌入式一定要买块学习板，最好买块arm9的，贵些也值。可以跑高级操作系统。这个不要什么品牌公司的，一般不会出什么问题，市场上的板子一般是三星的2410，基本上是抄的。假如是做产品那要注重些。一般的公司一般要2000，加lcd要3000甚至更多。我接触到有的板只要1200，加lcd也就2000，差别比较大，我认为学习都够啦。字串5

 

对于培训，假如有条件最好参加，主要是嵌入式相对别的不同，自己摸索很费时，假如有高手指点非常的好，进步快。非凡是熟悉做这些的朋友。我接受过培训，熟悉个朋友。在以后的工作中帮我很多，在这里谢谢他！我记得哈佛的一个MBA的学生这样说，大意是：在哈佛学到什么不重要，最重要的是这些未来各大公司的高级治理人员是我的同学！真是有远见！

 

目前市场是培训比较贵，一个星期两三千，真正算起来也要，那些讲师待遇绝对不会低。但是有个致命的问题是连续上课，一连几天，效果不佳。我希望社会上多出些1000元左右，并且时间长些，如一个月，一周一到两次课。假如没人做，我来做，哈哈！

 

没有想到，一下写了这么多，其实还想写的，比如在中科院的一位老兄是怎样学习linux内核和看书的，真的很感动。他的为人我很钦佩。也想介绍毛德操的《嵌入式系统》那本书，对学习arm linux的很好，也想介绍实习和工作的东西，太长了，耽误大家时间。我也不想检查里面的错别字了，很多！就写到这里吧。

ARM与嵌入式linux的入门建议 [转]2009年03月25日星期三 23:39ARM与嵌入式linux的入门建议 2008-11-07 21:54

 

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http://bbs.gdemb/?display=topic&id=29023

　 由于很多人总问这个问题，所以这里做一个总结文档供大家参考。这里必须先说明，以下的步骤都是针对Linux系统的，并不面向WinCE。也许你会注意到，现在做嵌入式的人中，做linux研究的人远比做WinCE的人多，很多产家提供的资料也是以linux为主。我一直很难理解，其实WinCE的界面比linux的界面好看多了，使用起来也很方便，更为重要的是，WinCE的开发和Windows下的开发基本一样，学起来简单得多，但是学linux或者使用linux做嵌入式的人就是远比WinCE多。在和很多工作的人交流时我了解到，他们公司从没考虑使用WinCE，因为成本高，都是使用linux进行开发。我读研究生的的实验室中也没有使用WinCE的，大都研究linux，也有少部分项目使用vxwork，但是就没有听说过使用WinCE的，原因就是开源！当然现在WinCE6.0听说也开源，不过在成本和资源上linux已经有了无人能挡的优势。与此相对应的是，越来越多的电子厂商已经开始使用linux开发产品。举个例子，Google近期开发的智能手机操作系统Android其实就是使用linux-2.6.23内核进行改进得到的。

 

第一，学习基本的裸机编程。

对于学硬件的人而言，必须先对硬件的基本使用方法有感性的认识，更必须深刻认识该硬件的控制方式，如果一开始就学linux系统、学移植那么只会马上就陷入一个很深的漩涡。我在刚刚开始学ARM的时候是选择ARM7（主意是当时ARM9还很贵），学ARM7的时候还是保持着学51单片机的思维，使用ADS去编程，第一个实验就是控制led。学过一段时间ARM的人都会笑这样很笨，实际上也不是，我倒是觉得有这个过程会好很多，因为无论做多复杂的系统最终都会落实到这些最底层的硬件控制，因此对这些硬件的控制有了感性的认识就好很多了

学习裸机的编程的同时要好好理解这个硬件的构架、控制原理，这些我称他为理解硬件。所谓的理解硬件就是说，理解这个硬件是怎么组织这么多资源的，这些资源又是怎么由cpu、由编程进行控制的。比如说，s3c2410中有AD转换器，有GPIO（通用IO口），还有nandflash控制器，这些东西都有一些寄存器来控制，这些寄存器都有一个地址，那么这些地址是什么意思？又怎么通过寄存器来控制这些外围设备的运转？还有，norflash内部的每一个单元在这个芯片的内存中都有一个相应的地址单元，那么这些地址与刚刚说的寄存器地址又有什么关系？他们是一样的吗？而与norflash相对应的nandflash内部的储存单元并不是线性排放的，那么s3c2410怎么将nandflash的地址映射在内存空间上进行使用？或者简单地说应该怎么用nandflash？再有，使用ADS进对ARM9行编程时都需要使用到一个初始化的汇编文件，这个文件究竟有什么用？他里面的代码是什么意思？不要这个可以吗？

诸如此类都是对硬件的理解，理解了这些东西就对硬件有很深的理解了，这对以后更深一步的学习将有很大的帮助，如果跳过这一步，我相信越往后学越会觉得迷茫，越觉得这写东西深不可测。因为，你的根基没打好。

不过先声明一下，本人并没有使用ADS对ARM9进行编程，我是学完ARM7后直接就使用ARM9学linux系统的，因此涉及使用ADS对ARM9进行编程的问题我很难回答^_^，自己去研究研究吧。

对于这部分不久将提供一份教程，这个教程中的例程并不是我为我们所代理的板子写的，是我在我们学院实验室拿的，英培特为他们自己的实验箱写的，不过很有借鉴意义，可以作为一份有价值的参考。

 

第二，使用linux系统进行一些基本的实验。

　　在买一套板子的时候一般会提供一些linux的试验例程，好好做一段时间这个吧，这个过程也是很有意义的，也是为进一步的学习积累感性认识，你能想象一个从没有使用过linux系统的人能学好linux的编程吗？好好按照手册上的例程做一做里面的实验，虽然有点娃娃学走路，有点弱智，但是我想很多高手都会经历这个过程。

　　 在这方面我们深蓝科技目前没有计划提供相应的例程，主要是开发板的提供商会提供很丰富的例程，我们不做重复工作，只提供他们没有的、最有价值的东西给大家。

 

第三，研究完整的linux系统的的运行过程。

所谓完整的linux系统包括哪些部分呢？

三部分：bootloader、linux kernel（linux内核）、rootfile（根文件系统）。

那么这3部分是怎么相互协作来构成这个系统的呢？各自有什么用呢？三者有什么联系？怎么联系？系统的执行流程又是怎么样的呢？搞清楚这个问题你对整个系统的运行就很清楚了，对于下一步制作这个linux系统就打下了另一个重要的根基。介绍这方面的资料网上可以挖掘到几吨，自己好好研究吧。

 

第四，开始做系统移植。

上面说到完整的linux有3部分，而且你也知道了他们之间的关系和作用，那么现在你要做的便是自己动手学会制作这些东西。

当然我不可能叫你编写这些代码，这不实现。事实上这个3者都能在网下载到相应的源代码，但是这个源代码不可能下载编译后就能在你的系统上运行，需要很多的修改，直到他能运行在你的板子上，这个修改的过程就叫移植。在进行移植的过程中你要学的东西很多，要懂的相关知识也很多，等你完成了这个过程你会发现你已经算是一个初出茅庐的高手了。

在这个过程中如果你很有研究精神的话你必然会想到看源代码。很多书介绍你怎么阅读linux源代码，我不提倡无目的地去看linux源代码，用许三多的话说，这没有意义。等你在做移植的时候你觉得你必须去看源代码时再去找基本好书看看，这里我推荐一本好书倪继利的《linux内核的分析与编程》，这是一本针对linux-2.6.11内核的书，说得很深，建议先提高自己的C语言编程水平再去看。

至于每个部分的移植网上也可以找到好多吨的资料，自己研究研究吧，不过要提醒的是，很多介绍自己经验的东西都或多或少有所保留，你按照他说的去做总有一些问题，但是他不会告诉你怎么解决，这时就要靠自己，如果自己都靠不住就找我一起研究研究吧，我也不能保证能解决你的问题，因为我未必遇到过你的问题，不过我相信能给你一点建议，也许有助你解决问题。

这一步的最终目的是，从源代码的官方主页上（都是外国的，悲哀）下载标准的源代码包，然后进行修改，最终运行在板子上。

盗用阿基米德的一句话：“给我一根网线，我能将linux搞定”。

 

第五，研究linux驱动程序的编写。

移植系统并不是最终的目的，最终的目的是开发产品，做项目，这些都要进行驱动程序的开发。

Linux的驱动程序可以说是五花八门，linux2.4和linux2.6的编写有相当大的区别，就是同为linux2.6但是不同版本间的驱动程序也有区别，因此编写linux的驱动程序变都不是那么容易的事情，对于最新版本的驱动程序的编写甚至还没有足够的参考资料。那么我的建议就是使用、移植一个不算很新的版本内核，这样到时学驱动的编程就有足够的资料了。

这部分的推荐书籍可以参考另一篇文章《推荐几本学习嵌入式linux的书籍》。

 

第六，研究应用程序的编写。

做作品做项目除了编写驱动程序，最后还要编写应用程序。现在的趋势是图形应用程序的开发，而图形应用程序中用得最多的还是qt/e函数库。我一直就使用这个函数库来开发自己的应用程序，不过我希望你能使用国产的MiniGUI函数库。盗用周杰伦的广告词就是“支持国产，支持MiniGUI”。MiniGUI的编程比较相似Windows下的VC编程，比较容易上手，效果应该说是相当不错的，我曾使用过来开发ARM7的程序。不过MiniGUI最大的不好就是没有像qtopia这样的图形操作平台，这大大限制了他的推广，我曾经幻想过与北京飞漫公司（就是MiniGUI的版权拥有者）合作使用MiniGUI函数库开发像qtopia这样的图形操作平台，不过由于水平有限这只能是幻想了，呵呵。

完成这一步你基本就学完了嵌入式linux的全部内容了。

 

还有一个小小的经验想和大家分享。我在学习嵌入式linux的过程中很少问人，客观原因是身边的老师、同学师兄都没有这方面的高手，主观原因是我不喜欢问人，喜欢自己研究解决问题。这样做有个好处，就是可以提高自己解决问题的能力，因为做这些东西总有很多问题你难以理解，别人也没有这方面的经验，也不是所有问题都有人给你答案，这时必须要自己解决问题，这样，个人的解决问题能力就显得非常关键了。因此我的建议就是一般的问题到网上搜索一下，确实找不到答案了就问问高手，还是不行了就自己去研究，不要一味去等别人帮你解决问题。

记住，问题是学习的最好机会。

 

写到这里基本就结束了，如果你有什么问题，或者需要交流的欢迎与我联系，

 

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