选择ARM CPU的嵌入式操作系统的技巧

从8位/16位单片机发展到以ARM CPU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。

uCOS-II嵌入式实时内核

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。

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。

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。

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

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。

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/b Flash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。

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.org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)。

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。