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STM32常用的四種嵌入式操作系統

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1#
發表于 2019-6-15 18:20:50 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
1μC/OS-II

μC/OS-II 是一種基于優先級的搶占式多任務實時操作系統,包含了實時內核、任務管理、時間管理、任務間通信同步(信號量,郵箱,消息 隊列)和內存管理等功能。它可以使各個任務獨立工作,互不干涉,很容易實現準時而且無誤執行,使實時使用程序的規劃和擴展變得容易,使使用程序的規劃過程大為減化。




μC/OS-II是在μC/OS的基礎上發展起來的,是用C語言編寫的一個結構小巧、搶占式的多任務實時內核。μC/OS-II能管理64個任務,并提供任務調度與管理、內存管理、任務間同步與通信、時間管理和中斷服務等功能,具有執行效率高、占用空間小、實時性能優良和擴展性強等特點。

對于實時性的滿足上,由于μC/OS-II內核是針對實時系統的要求規劃實現的,所以只支持基于固定優先級搶占式調度;調度方式簡單,可以滿足較高的實時性要求。μC/OS-II 的鮮明特點就是源碼公開,便于移植和維護。

在內存管理上,μC/OS-II把連續的大塊內存按分區來管理,每個分區中都包含整數個大小相同的內存塊,但不一樣分區之間內存的大小可以不一樣。用戶動態分配內存時,只須選擇一個適當的分區,按塊來分配內存,釋放時將該塊放回到以前所屬的分區,這樣就消除了因多次動態分配和釋放內存所引起的碎片問題。

μC/OS-II中斷處理比較簡單。一個中斷向量上只能掛一個中斷服務子程序ISR,而且用戶代碼必須都在ISR(中斷服務程序)中完成。ISR需要做的事情越多,中斷延時也就越長。內核所能支持的最大嵌套深度為255。

在文件系統的支持方面,由于μC/OS-II是面向中小型嵌入式系統的,即使包含所有功能,編譯后內核也不到10 KB,所以系統本身并沒有提供對文件系統的支持。但是μC/OS-II具有良好的擴展性能,如果需要也可自行加入文件系統的內容。

在對硬件的支持上,μC/OS-II能夠支持當前流行的大部分處理器,μC/OS-II由于本身內核就很小,經過裁剪后的代碼最小可以為2KB,所需的最小數據RAM空間為4 KB,μC/OS-II的移植相對比較簡單,只需要修改與處理器相關的代碼就可以。

綜上可知,μC/OS-II是一個結構簡單、功能完備和實時性很強的嵌入式操作系統內核,針對于沒有MMU功能的處理器,它是非常合適的。它需要很少的內核代碼空間和數據儲存空間,擁有良好的實時性,良好的可擴展性能,并且是開源的,網上擁有很多的資料和實例,所以很適合向STM32上移植。

2μClinux

μClinux是一個完全符合GNU/GPL公約的操作系統,完全開放源代碼,現在由Line公司支持維護。μClinux是一種優秀的嵌入式Linux版本,其全稱為micro-control Linux,從字面意思看是指微控制Linux。

同標準的Linux相比,μClinux的內核非常小,但是它依舊繼承了Linux操作系統的主要特點,包括良好的穩定性和移植性、強大的網絡功能、出色的文件系統支持、標準豐富的API,以及TCP/IP網絡協議等。因為沒有MMU內存管理單元,所以其多任務的實現需要一定技巧。

μClinux在結構上繼承了標準Linux的多任務實現方式,分為實時進程和普通進程,分別采用先來先服務和時間片輪轉調度,僅針對中低檔嵌入式處理器特點進行改良,且不支持內核搶占,實時性一般。

在內存管理上由于μClinux是針對沒有MMU的處理器規劃的,不能運用處理器的虛擬內存管理技術,只能采用實儲存器管理策略。系統運用分頁內存分配方式,在啟動時對實際儲存器進行分頁。系統對內存的訪問是直接的,操作系統對內存空間沒有保護,多個進程可共享一個運行空間,所以,即使是一個無特權進程調用一個無效指針也會觸發一個地址錯誤,并有可能引起程序崩潰甚至系統崩潰。

μClinux操作系統的中斷管理是將中斷處理分為兩部分:頂半處理和底半處理。在頂半處理中,必須關中斷運行,且僅進行必要的、非常少、速度快的處理,其他處理交給底半處理;底半處理執行那些復雜、耗時的處理,而且接受中斷。因為系統中存在有許多中斷的底半處理,所以會引起系統中斷處理的延時。

μClinux對文件系統支持良好,由于μClinux繼承了Linux完善的文件系統性能,它支持ROMFS、NFS、ext2、MS-DOS、JFFS等文件系統。但一般采用ROMFS文件系統,這種文件系統相對于一般的文件系統(如ext2)占用更少的空間。但是ROMFS文件系統不支持動態擦寫保存,對于系統需要動態保存的數據須采用虛擬RAM盤/JFFS的方式進行處理。

在對硬件的支持上,由于μClinux繼承了Linux的大部分性能,所以至少需要512KB的RAM空間,lMB的ROM/Flash空間。

在μClinux的移植方面,μClinux是Linux針對嵌入式系統的一種改良,其結構比較復雜。移植μClinux,目標處理器除了需要修改與處理器相關的代碼外,還需要足夠容量的外部ROM和RAM。

綜上可知,μClinux最大特點在于針對無MMU處理器規劃,這對于沒有MMU功能的stm32f103來說是合適的,但移植此系統需要至少512KB的RAM空間,1MB的ROM/FLASH空間,而stmf103擁有256K的FLASH,需要外接儲存器,這就增加了硬件規劃的成本。μClinux結構復雜,移植相對困難,內核也較大,其實時性也差一些,若開發的嵌入式產品注重文件系統和與網絡使用則μClinux是一個不錯的選擇。

3eCos

eCos(embedded Configurable operating system),中文翻譯為嵌入式可配置操作系統或嵌入式可配置實時操作系統。適合于深度嵌入式使用,主要使用對象包括消費電子、電信、車載設備、手持設備以及其他一些低成本和便攜式使用。它是一個源代碼開放的可配置、可移植、面向深度嵌入式使用的實時操作系統。

最大特點是配置靈活,采用模塊化規劃,核心部分由小同的組件構成,包括內核、C語言庫和底層運行包等。每個組件可提供大量的配置選項(實時內核也可作為可選配置),運用eCos提供的配置工具可以很方便地配置,并通過不一樣的配置使得eCos能夠滿足不一樣的嵌入式使用要求。

在實時性反面,由于eCos調度方式豐富,提供了兩種基于優先級的調度器(即位圖調度器和多級隊列調度器),允許用戶在進行配置時選擇其中一個調度器,適應性好。因此在實時性方面表現良好。

在內存管理上eCos對內存分配既不分段也不分頁,而是采用一種基于內存池的動態內存分配機制。通過兩種內存池來實現兩種內存管理方式:一種是變長的內存池;另一種是定長的內存池,相似于VxWorks的管理方案。

在中斷管理上eCos運用了分層式中斷處理機制,把中斷處理分為傳統的ISR(中斷服務程序)和滯后中斷服務程序DSR(遞延服務程序)。相似于μClinux的處理機制,這種機制可以在中斷允許時運行DSR,因此在處理較低優先級中斷時允許高優先級的中斷和處理。為了極大地縮短中斷延時,ISR應當可以快速運行。如果中斷引起的服務量少,則ISR可以單獨處理中斷;如果中斷服務復雜,則ISR只屏蔽中斷源,然后交由DSR(遞延服務程序)處理。

eCos操作系統的可配置性非常強大,用戶可以自己加入所需的文件系統。eCos操作系統同樣支持當前流行的大部分嵌入式處理器,eCos操作系統可以在16位、32位和64位等不一樣體系結構之間移植。eCos由于本身內核就很小,經過裁剪后的代碼最小可以為10 KB,所需的最小數據RAM空間為10 KB。在系統移植方面 eCos操作系統的可移植性很好,要比μC/OS-II和μClinux容易。

綜上所述,eCos最大特點是配置靈活,并且支持無MMU的處理器的移植,開源且具有很好的移植性,也比較合適于移植到STM32平臺的處理器上。但eCOS的使用還不是太廣泛,還沒有像μC/OS-II那樣普遍,并且資料也沒有μC/OS-II多。eCos適合用于一些商業級或工業級對成本敏感的嵌入式系統,例如消費電子領域中的一些使用。

4都江堰操作系統(djyos)

都江堰操作系統,簡稱djyos,得名于一個偉大的水利工程:都江堰。

與傳統操作系統不一樣,djyos不是以線程而是以事件為調度核心,這種調度算法使程序員擺脫模擬計算機執行過程編寫程序的思維方式,而是按人類認知世界的方式編寫使用程序,就如同在嵌入式編程中引入了VC似的。

djyos的調度算法使程序員可以擺脫線程和進程的束縛,djyos沒有有關線程的api,一個完全不懂線程知識的程序員也可以順利地在djyos下編寫使用程序。

djyos是一個全新的操作系統,它與現有的任何操作系統都沒有親緣關系,在構成操作系統的幾個重要方面:調度器、中斷管理、設備管理、資源管理等方面,都又非常杰出的創新,甚至是理論創新。

通過這些創新,djyos能為使用程序規劃者提供非常杰出的特點:

(1)在調度器方面,可以說是徹底革新,它幾乎顛覆了傳統的軟件規劃模式。對嵌入式編程來說,幾乎是革命性的進步,它以事件為核心的調度方式,改變了過去操作系統要求程序員模擬計算機的思維方式的編程模式,使之可以按人類的思維方式編寫使用程序。

它使程序員可以擺脫線程和進程的束縛,djyos沒有跟線程相關的API。特別是在嵌入式領域的程序員,有許多是行業背景很深的專業人士,但往往缺乏計算機操作系統方面的知識,他們在djyos下編程,則可以無需學習晦澀難懂的線程知識。

(2)天然匹配多核和分布式計算,djyos的調度算法是以事件為核心的,使用程序只管為事件編制處理程序,而線程和處理器核則被當做處理事件必須的資源,由操作系統分配給事件,這種算法天生使多核編程更加簡單,多核利用率更高。

眾多周知,現在處理器正往多核化發展,嵌入式處理器甚至DSP也是如此,比如ADI公司的blackfin561就是一顆只有幾十KB內存的雙核DSP,djyos有計劃移植到blackfin561上,有望成為第一個在只有幾十KB內存的處理器上實現對雙核的完美支持的RTOS。

(3)創新的加載方式和中斷管理模塊,可以實現比所有操作系統都快的中斷響應速度,并且在處理器啟動后數十uS以內,使用程序的關鍵部分就可以實現對目標系統的控制,在操作系統加載過程中,就可以響應使用程序的中斷ISR。

(4)實時的內存管理,在操作系統組件中,通常認為malloc函數是非實時組件,因為即使有充足的內存,malloc函數的執行時間也不可估計,不符合實時系統要求執行時間和結果均可估計的原則。

但是djyos的內存管理,只要在系統規劃時配備充足的內存,malloc的執行時間是快速而且可以估計的,而在只運行一個使用程序的實時系統中,內存不枯竭是容易做到的。

(5)為項目經理和系統工程師量身定制的系統架構,為工程師量身定制的API設置,特別利于系統工程師劃分項目模塊,利于項目經理組建和管理團隊,利于工程師編寫利于維護的代碼。

djysiV0.4.2發布,增加STM32版本的支持,能夠移植到cortex-m3 上(芯片為 stm32f103 )。該系統適合于工業控制。系統源代碼開放,但并不是永久免費。

2#
發表于 2019-6-15 18:21:29 | 只看該作者
RTX 吶 ,被你吃了嗎。

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3#
發表于 2019-6-15 18:22:04 | 只看該作者
Freertos竟然不提

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4#
發表于 2019-6-15 18:22:23 | 只看該作者
草,還捎貨

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5#
發表于 2019-6-15 18:23:02 | 只看該作者
freeRTOS都忽視了。。。。

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6#
發表于 2019-6-15 18:23:44 | 只看該作者
Rtthread竟然不提

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7#
發表于 2019-6-15 18:24:27 | 只看該作者
居然沒有FREERTOS,rt thread以及編譯器自帶的

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