學習STM32，你不得不瞭解的五大嵌入式操做系統

學習STM32，你不得不瞭解的五大嵌入式操做系統    

                                                

原標題：學習STM32，你不得不瞭解的五大嵌入式操做系統

　　基於STM平臺且知足實時控制要求操做系統，有如下5種可供移植選擇。分別爲μClinux、μC／OS-II、eCos、FreeRTOS和rt-thread。下面分別介紹這五種嵌入式操做系統的特色及不足，經過對比，讀者能夠根據本身的應用需求選擇合適的平臺。

TOP1：μClinux

  　μClinux是一種優秀的嵌入式Linux版本，其全稱爲micro-control Linux，從字面意思看是指微控制Linux。同標準的Linux相比，μClinux的內核很是小，可是它仍然繼承了Linux操做系統的主要特性，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。由於沒有MMU內存管理單元，因此其多任務的實現須要必定技巧。

　　μClinux在結構上繼承了標準Linux的多任務實現方式，分爲實時進程和普通進程，分別採用先來先服務和時間片輪轉調度，僅針對中低檔嵌入式CPU特色進行改良，且不支持內核搶佔，實時性通常。

　　在內存管理上因爲μClinux是針對沒有MMU的處理器設計的，不能使用處理器的虛擬內存管理技術，只能採用實存儲器管理策略。系統使用分頁內存分配方式，在啓動時對實際存儲器進行分頁。系統對內存的訪問是直接的，操做系統對內存空間沒有保護，多個進程可共享一個運行空間，因此，即便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，並有可能引發程序崩潰甚至系統崩潰。

　　μClinux操做系統的中斷管理是將中斷處理分爲兩部分：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、很是少、速度快的處理，其餘處理交給底半處理；底半處理執行那些複雜、耗時的處理，並且接受中斷。由於系統中存在有許多中斷的底半處理，因此會引發系統中斷處理的延時。

　　μClinux對文件系統支持良好，因爲μClinux繼承了Linux完善的文件系統性能，它支持ROMFS、NFS、ext二、MS-DOS、JFFS等文件系統。但通常採用ROMFS文件系統，這種文件系統相對於通常的文件系統(如ext2)佔用更少的空間。可是ROMFS文件系統不支持動態擦寫保存，對於系統須要動態保存的數據須採用虛擬RAM盤／JFFS的方法進行處理。

　　在對硬件的支持上，因爲μClinux繼承了Linux的大部分性能，因此至少須要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，其結構比較複雜。移植μClinux，目標處理器除了須要修改與處理器相關的代碼外，還須要足夠容量的外部ROM和RAM。

　　我愛方案網看系統：μClinux最大特色在於針對無MMU處理器設計，這對於沒有MMU功能的stm32f103來講是合適的，但移植此係統須要至少512KB的RAM空間，1MB的ROM/FLASH空間，而stmf103擁有256K的FLASH，須要外接存儲器，這就增長了硬件設計的成本。μClinux結構複雜，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應用則μClinux是一個不錯的選擇。

TOP2：μC／OS-II

　　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、搶佔式的多任務實時內核。μC／OS-II能管理64個任務，並提供任務調度與管理、內存管理、任務間同步與通訊、時間管理和中斷服務等功能，具備執行效率高、佔用空間小、實時性能優良和擴展性強等特色。

對於實時性的知足上，因爲μC／OS-II內核是針對實時系統的要求設計實現的，因此只支持基於固定優先級搶佔式調度；調度方法簡單，能夠知足較高的實時性要求。

　　在內存管理上，μC/OS-II把連續的大塊內存按分區來管理，每一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能夠不一樣。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之前所屬的分區，這樣就消除了因屢次動態分配和釋放內存所引發的碎片問題。

　　μC／OS-II中斷處理比較簡單。一箇中斷向量上只能掛一箇中斷服務子程序ISR，並且用戶代碼必須都在ISR(中斷服務程序)中完成。ISR須要作的事情越多，中斷延時也就越長,內核所能支持的最大嵌套深度爲255。

　　在文件系統的支持方面，因爲μC／OS-II是面向中小型嵌入式系統的，即便包含所有功能，編譯後內核也不到10 KB，因此係統自己並無提供對文件系統的支持。可是μC/OS-II具備良好的擴展性能，若是須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可以支持當前流行的大部分CPU，μC／OS-II因爲自己內核就很小，通過裁剪後的代碼最小能夠爲2KB，所需的最小數據RAM空間爲4 KB，μC／OS-II的移植相對比較簡單，只須要修改與處理器相關的代碼就能夠。

　　我愛方案網看系統：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做系統內核，針對於沒有MMU功能的CPU，它是很是合適的。它須要不多的內核代碼空間和數據存儲空間，擁有良好的實時性，良好的可擴展性能，而且是開源的，網上擁有不少的資料和實例，因此很適合向stm32f103這款CPU上移植。

TOP3：eCos

　　eCos(embedded Configurable operating system)，即嵌入式可配置操做系統。它是一個源代碼開放的可配置、可移植、面向深度嵌入式應用的實時操做系統。最大特色是配置靈活，採用模塊化設計，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。每一個組件可提供大量的配置選項(實時內核也可做爲可選配置)，使用eCos提供的配置工具能夠很方便地配置，並經過不一樣的配置使得eCos可以知足不一樣的嵌入式應用要求。

　　在實時性反面，因爲eCos調度方法豐富，提供了兩種基於優先級的調度器(即位圖調度器和多級隊列調度器)，容許用戶在進行配置時選擇其中一個調度器，適應性好。所以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，而是採用一種基於內存池的動態內存分配機制。經過兩種內存池來實現兩種內存管理方法：一種是變長的內存池；另外一種是定長的內存池，相似於VxWorks的管理方案。

　　在中斷管理上eCos使用了分層式中斷處理機制，把中斷處理分爲傳統的ISR（中斷服務程序）和滯後中斷服務程序DSR（遞延服務程序）。相似於μClinux的處理機制，這種機制能夠在中斷容許時運行DSR，所以在處理較低優先級中斷時容許高優先級的中斷和處理。爲了極大地縮短中斷延時，ISR應當能夠快速運行。若是中斷引發的服務量少，則ISR能夠單獨處理中斷；若是中斷服務複雜，則ISR只屏蔽中斷源，而後交由DSR（遞延服務程序）處理。

　　eCos操做系統的可配置性很是強大，用戶能夠本身加入所需的文件系統。eCos操做系統一樣支持當前流行的大部分嵌入式CPU，eCos操做系統能夠在16位、32位和64位等不一樣體系結構之間移植。eCos因爲自己內核就很小，通過裁剪後的代碼最小能夠爲10 KB，所需的最小數據RAM空間爲10 KB。

　　在系統移植方面 eCos操做系統的可移植性很好，要比μC／OS-II和μClinux容易。

　　我愛方案網看系統：eCos最大特色是配置靈活，而且支持無MMU的CPU的移植，開源且具備很好的移植性，也比較合適於移植到stm32平臺的CPU上。但eCOS的應用還不是太普遍，尚未像μC／OS-II那樣廣泛，而且資料也沒有μC／OS-II多。eCos適合用於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應用。

TOP4：FreeRTOS

　　因爲RTOS需佔用必定的系統資源(尤爲是RAM資源)，只有μC／OS-II、embOS、salvo、FreeRTOS等少數實時操做系統能在小RAM單片機上運行。相對於C／OS-II、 embOS等商業操做系統，FreeRTOS操做系統是徹底免費的操做系統，具備源碼公開、可移植、可裁減、調度策略靈活的特色，能夠方便地移植到各類單片機上運行，其最新版本爲6.0版。

　　做爲一個輕量級的操做系統，FreeRTOS提供的功能包括：任務管理、時間管理、信號量、消息隊列、內存管理、記錄功能等，可基本知足較小系統的須要。 FreeRTOS內核支持優先級調度算法，每一個任務可根據重要程度的不一樣被賦予必定的優先級，CPU老是讓處於就緒態的、優先級最高的任務先運行。 FreeRT0S內核同時支持輪換調度算法，系統容許不一樣的任務使用相同的優先級，在沒有更高優先級任務就緒的狀況下，同一優先級的任務共享CPU的使用 時間。

　　FreeRTOS的內核可根據用戶須要設置爲可剝奪型內核或不可剝奪型內核。當 FreeRTOS被設置爲可剝奪型內核時，處於就緒態的高優先級任務能剝奪低優先級任務的CPU使用權，這樣可保證系統知足實時性的要求；當 FreeRTOS被設置爲不可剝奪型內核時，處於就緒態的高優先級任務只有等當前運行任務主動釋放CPU的使用權後才能得到運行，這樣可提升CPU的運行 效率。

　　FreeRTOS的移植：FreeRTOS操做系統能夠被方便地移植到不一樣處理器上工做，現已提供了ARM、MSP430、 AVR、PIC、C8051F等多款處理器的移植。FrceRTOS在不一樣處理器上的移植相似於μC／0S一II，故本文再也不詳述FreeRTOS的移 植。此外，TCP／IP協議棧μIP已被移植到FreeRTOS上，具體代碼可見FreeRTOS網站

　　我愛方案網看系統：相對於常見的μC／OS—II操做系統，FreeRTOS操做系統既有優勢也存在不足。其不足之處， 一方面體如今系統的服務功能上，如FreeRTOS只提供了消息隊列和信號量的實現，沒法之後進先出的順序向消息隊列發送消息；另外一方 面，FreeRTOS只是一個操做系統內核，需外擴第三方的GUI(圖形用戶界面)、TCP／IP協議棧、FS(文件系統)等才能實現一個較複雜的系統， 不像μC／OS-II能夠和μC／GUI、μC／FS、μC／TCP-IP等無縫結合。

TOP5：rt-thread

　　RT-Thread 是一款主要由中國開源社區主導開發的開源實時操做系統（許可證GPLv2）。實時線程操做系統不只僅是一個單一的實時操做系統內核，它也是一個完整的應用系統，包含了實時、嵌入式系統相關的各個組件：TCP/IP協議棧，文件系統，libc接口，圖形用戶界面等。

　　中國人本身開發的，穩定版本是 1.2.1，有但願看完源碼。精簡、靠譜，自帶一個叫作 finsh 的片上調試工具，很是實用。各類信號量、互斥鎖、郵箱、事件等線程協同功能都有。

　　須要注意的是，rt-thread 2.0 版本的設計思想和 1.2 的徹底不一樣，將會把 linux 歸入進來，是的，不是在 linux 裏面嵌入 rt-thread，而是把 linux 嵌入到 rt-thread 裏面！

　　我愛方案網看系統：rt-thread 的文檔呢，官網是有的，不過，真的是隻能做爲參考，很明顯是開發人員的過後開發筆記整理的。目前仍是隻能經過看代碼來理解詳細的使用方式，從文檔和論壇的隻言片語裏面，是難以還原真相的。rt-thread 的好處就是它的版本還比較小，即使缺少文檔，也是能夠看源碼看下去的