嵌入式操作系統(tǒng)ucos與linux比較VIP

ucos2與linux的比較隨著嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大，嵌入式計(jì)算機(jī)已經(jīng)深入到人類(lèi)日常生活和生產(chǎn)的各個(gè)角落。這次通過(guò)閱讀相關(guān)資料，進(jìn)一步加深了對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)的了解，以下著重對(duì)ucos2和linux進(jìn)行比較，談?wù)剬?duì)嵌入式操作系統(tǒng)的理解。 首先linux和ucos都是免費(fèi)使用，源代碼公開(kāi)的操作系統(tǒng)，可供用戶自由進(jìn)行裁剪，添加，移植。Linux是分時(shí)多任務(wù)多用戶操作系統(tǒng)，ucos是實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。兩者都可運(yùn)行于多種平臺(tái)，適應(yīng)性好，linux不僅可以運(yùn)行于32位機(jī)，也可運(yùn)行于64位機(jī)，單核，多核也同樣適用。uCOS 2已經(jīng)移植到近40多種處理器體系上，涵蓋了從8位到64位各種CPU(包括DSP)。 內(nèi)核Ucos內(nèi)核包括操作系統(tǒng)初始化、操作系統(tǒng)運(yùn)行、中斷進(jìn)出的前導(dǎo)、時(shí)鐘節(jié)拍、任務(wù)調(diào)度、事件處理等多部分，能夠維持系統(tǒng)基本工作的部分都在這里。 而linux內(nèi)核包括進(jìn)程管理，內(nèi)存管理，設(shè)備管理，網(wǎng)絡(luò)管理四部分。Ucos沒(méi)有提供輸入輸出管理，文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)等服務(wù)。這些功能可由用戶自行添加實(shí)現(xiàn)。Ucos內(nèi)核支持搶占，即在進(jìn)行內(nèi)核服務(wù)函數(shù)時(shí)，允許被中斷服務(wù)中斷，并且中斷結(jié)束后可以重新進(jìn)行任務(wù)調(diào)度。Linux是非搶占式內(nèi)核，實(shí)時(shí)性差。當(dāng)進(jìn)程運(yùn)行在用戶態(tài)時(shí)，可以被優(yōu)先級(jí)更高的進(jìn)程搶占，但當(dāng)他進(jìn)入核心態(tài)時(shí)，優(yōu)先級(jí)再高也不能搶占它。實(shí)時(shí)性 實(shí)時(shí)任務(wù)分為軟實(shí)時(shí)和硬實(shí)時(shí)，硬實(shí)時(shí)對(duì)響應(yīng)時(shí)間要求較高，且時(shí)間不被滿足時(shí)會(huì)導(dǎo)致致命的錯(cuò)誤，軟實(shí)時(shí)隨對(duì)響應(yīng)時(shí)間有要求，但不是強(qiáng)制，不會(huì)給系統(tǒng)造成致命錯(cuò)誤。Ucos是一個(gè)基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的搶占式的實(shí)時(shí)內(nèi)核，不僅內(nèi)核支持搶占，同時(shí)支持任務(wù)的搶占式調(diào)度，優(yōu)先級(jí)低的任務(wù)可以被高優(yōu)先級(jí)任務(wù)搶占，也可被中斷服務(wù)搶占。這就保證了系統(tǒng)可以盡可能快的對(duì)外部事件做出響應(yīng)。通用Linux主要考慮調(diào)度的公平性和吞吐量等指標(biāo)，盡管系統(tǒng)可以通過(guò)把實(shí)時(shí)事件賦予高優(yōu)先級(jí)的方法來(lái)實(shí)時(shí)響應(yīng)實(shí)時(shí)事件，但效果有限，對(duì)于響應(yīng)時(shí)間要求比較高的硬實(shí)時(shí)任務(wù)，無(wú)法滿足要求。但通過(guò)一些改進(jìn)的措施，linux的實(shí)時(shí)性可以彌補(bǔ)，例如：增加內(nèi)核可搶占性，細(xì)化系統(tǒng)時(shí)鐘粒度，改善屏蔽中斷處理，改善調(diào)度算法等。任務(wù)調(diào)度 任務(wù)調(diào)度主要是協(xié)調(diào)任務(wù)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)資源(如內(nèi)存、I/O設(shè)備、CPU)的爭(zhēng)奪使用。任務(wù)有三個(gè)狀態(tài)：等待態(tài)，就緒態(tài)，運(yùn)行態(tài)。Ucos是完全基于任務(wù)優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度。當(dāng)出現(xiàn)具有更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)處于就緒態(tài)時(shí)，進(jìn)行任務(wù)的上下文切換，當(dāng)前任務(wù)將停止運(yùn)行，把cpu的控制權(quán)交給具有更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。Ucos中最多可調(diào)度64個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)具有不同的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)前運(yùn)行的總是優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)。Ucos無(wú)法進(jìn)行同等優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度。最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的確定是通過(guò)建立就緒任務(wù)表來(lái)實(shí)現(xiàn)的。ucos中的每一個(gè)任務(wù)都有獨(dú)立的堆棧空間，并有一個(gè)任務(wù)控制塊TCB，任務(wù)控制塊中包含了任務(wù)執(zhí)行中的所有信息。Linux調(diào)度策略即優(yōu)先級(jí)調(diào)度和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度。時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度可進(jìn)行同等優(yōu)先級(jí)任務(wù)的調(diào)度，讓這些任務(wù)依次運(yùn)行一段時(shí)間，從而保證系統(tǒng)中同等優(yōu)先級(jí)任務(wù)具有平等的運(yùn)行權(quán)利。進(jìn)行調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)時(shí)根據(jù)每個(gè)任務(wù)的與調(diào)度相關(guān)的4個(gè)參數(shù)來(lái)進(jìn)行,分別是實(shí)時(shí)進(jìn)程的靜態(tài)優(yōu)先級(jí)，進(jìn)程調(diào)度策略，用戶設(shè)定的優(yōu)先級(jí)和進(jìn)程本輪調(diào)度剩余時(shí)間片。Linux任務(wù)調(diào)度的機(jī)制決定了其實(shí)時(shí)性的障礙。內(nèi)存管理 Ucos內(nèi)存管理是固定大小的存儲(chǔ)區(qū)管理。提供了內(nèi)存塊的創(chuàng)建，申請(qǐng)，信息查詢和釋放功能。一段連續(xù)的內(nèi)存空間稱為分區(qū)，分區(qū)由大小固定的內(nèi)存塊組成，分區(qū)大小是內(nèi)存塊的整數(shù)倍。每個(gè)內(nèi)存分區(qū)都有一個(gè)內(nèi)存分區(qū)控制塊MCB，它包含五個(gè)變量：OSMemAddr（內(nèi)存分區(qū)的起始地址）；OSMemFreeList（分區(qū)中空閑內(nèi)存塊的指針）；OSMemBlkSize（分區(qū)中內(nèi)存塊的大?。籓SMemNBlks（分區(qū)中內(nèi)存塊的數(shù)量）；OSMemNFree（分區(qū)中空閑內(nèi)存塊的數(shù)量）。創(chuàng)建內(nèi)存分區(qū)時(shí)內(nèi)存創(chuàng)建函數(shù)要首先在系統(tǒng)中申請(qǐng)一個(gè)MCB，并且初始化。Linux采用的是頁(yè)式管理機(jī)制。具體說(shuō)就是兩級(jí)表結(jié)構(gòu)，第一級(jí)是頁(yè)目錄，第二級(jí)是頁(yè)表，兩層結(jié)構(gòu)相當(dāng)于兩層索引，處理器得到邏輯地址后首先通過(guò)分段機(jī)制轉(zhuǎn)換成線性地址，線性地址再通過(guò)分頁(yè)機(jī)制轉(zhuǎn)換成物理地址。在硬件提供MMU時(shí)，linux在不同的體系結(jié)構(gòu)下，使用三級(jí)或兩級(jí)頁(yè)式管理，利用MMU完成從虛擬地址到物理地址之間的轉(zhuǎn)換。虛擬存儲(chǔ)技術(shù)中，每個(gè)任務(wù)從內(nèi)存中獲得一定數(shù)量的頁(yè)面，把當(dāng)前不訪問(wèn)的頁(yè)面置換出去，為需要頁(yè)面的任務(wù)騰出空間，這種置換具有不確定性，因此在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中一般不采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)。時(shí)間管理Linux系統(tǒng)有兩個(gè)時(shí)鐘，一個(gè)是實(shí)時(shí)時(shí)鐘，僅在操作系統(tǒng)關(guān)機(jī)時(shí)，在電池供電情況下計(jì)時(shí)。另一個(gè)是系統(tǒng)時(shí)鐘，開(kāi)機(jī)時(shí)系統(tǒng)時(shí)鐘根據(jù)實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行初始化，然后系統(tǒng)根據(jù)頻率節(jié)拍進(jìn)行周期性中斷計(jì)時(shí)，系統(tǒng)時(shí)鐘在關(guān)機(jī)下是不存在的。在關(guān)機(jī)時(shí)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行同步。Ucos時(shí)間管理與linux大體相同也是通過(guò)定時(shí)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)。文件系統(tǒng)Linux文件系統(tǒng)繼承了unix系統(tǒng)的文件系統(tǒng)功能特性，還采用了EXT2文件系統(tǒng)，EXT2功能強(qiáng)大，易擴(kuò)充，性能上全面優(yōu)化。還有虛擬文件系統(tǒng)，使得linux可以支持多個(gè)不同的文件系統(tǒng)。/proc文件系統(tǒng)是一個(gè)偽文件系統(tǒng)，用戶和應(yīng)用程序可以通過(guò)它得到系統(tǒng)信息，改變內(nèi)核的某些參數(shù)。而標(biāo)準(zhǔn)的ucos系統(tǒng)不提供文件系統(tǒng)?？梢浦残?ucos移植首先需要硬件的支持。處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重入代碼，且用C語(yǔ)言就可以打開(kāi)和關(guān)閉中斷；處理器支持中斷，并能產(chǎn)生定時(shí)中斷；處理器支持足夠的RAM(幾K字節(jié))，作為多任務(wù)環(huán)境下的任務(wù)堆棧；處理器有將堆棧指針和其他CPU寄存器讀出和存儲(chǔ)到堆棧或內(nèi)存中的指令。其次Ucos的移植大體分為三部分：1.與處理器無(wú)關(guān)的內(nèi)核代碼，2.與處理器有關(guān)的核心代碼3.與軟硬件環(huán)境配置相關(guān)的配置代碼。移植工作的關(guān)鍵是與處理器相關(guān)的核心代碼。大體包括與處理器相關(guān)的數(shù)據(jù)類(lèi)型的定義，宏定義，軟中斷的編寫(xiě)，幾個(gè)關(guān)鍵匯編語(yǔ)言函數(shù)和c語(yǔ)言函數(shù)的編寫(xiě)。總體來(lái)說(shuō)，ucos占用空間少，效率高，移植方便簡(jiǎn)單。Linux的移植大體分為3部分。1.建立開(kāi)發(fā)環(huán)境，2.修改配置文件，3.編譯內(nèi)核。具體說(shuō)需要修改源代碼，使其支持硬件，根據(jù)目標(biāo)板修改配置端口，使用make menuconfig 裁剪你不需要的驅(qū)動(dòng)或者添加需要的驅(qū)動(dòng)，熟悉uboot、內(nèi)核、文件系統(tǒng)的的啟動(dòng)過(guò)程，修改啟動(dòng)地址等等。移植工作相對(duì)ucos復(fù)雜得多，而且占用空間較大，幾百k字節(jié)以上，實(shí)時(shí)性也不好。用戶界面Linux具有良好的用戶界面，包括用戶界面shell，和系統(tǒng)調(diào)用界面。而ucos則不具備，需要通過(guò)第三方圖形界面系統(tǒng)來(lái)彌補(bǔ)，如：uc/gui.系統(tǒng)工具Linux中有一套實(shí)用系統(tǒng)工具，可分為三類(lèi)：1，編輯器，用于編輯文件。2，過(guò)濾器，用于接受數(shù)據(jù)并過(guò)濾數(shù)據(jù)3，交互程序，允許用戶發(fā)送或接受其他用戶信息。Ucos中則沒(méi)有。 除此之外，ucos還支持一些比較好的機(jī)制，如信號(hào)量，用以實(shí)現(xiàn)任務(wù)與任務(wù)之間，任務(wù)與中斷服務(wù)程序之間的同步和互斥問(wèn)題；消息隊(duì)列，用以實(shí)現(xiàn)任務(wù)間的緩沖通信；郵箱，一種低開(kāi)銷(xiāo)的傳送信息機(jī)制；優(yōu)先級(jí)繼承協(xié)議和天花板協(xié)議，用以解決任務(wù)調(diào)度是阻塞的問(wèn)題。但標(biāo)準(zhǔn)的ucos無(wú)輸入輸出管理，沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，而linux則提供了豐富的網(wǎng)絡(luò)功能，包括支持internet，文件傳輸，遠(yuǎn)程訪問(wèn)等，方便使用。另外，linux還具有設(shè)備的獨(dú)立性，將所有外部設(shè)備