淺析STM32的五種嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)及不足

基于STM平臺(tái)且滿足實(shí)時(shí)控制要求操作系統(tǒng)，有以下5種可供移植選擇。分別為μClinux、μC／OS-II、eCos、FreeRTOS和都江堰操作系統(tǒng)(djyos)。

下面分別介紹這五種嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)及不足。

1、μClinux

μClinux是一種優(yōu)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(biāo)準(zhǔn)的Linux相比，μClinux的內(nèi)核非常小，但是它仍然繼承了Linux操作系統(tǒng)的主要特性，包括良好的穩(wěn)定性和移植性、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能、出色的文件系統(tǒng)支持、標(biāo)準(zhǔn)豐富的API，以及TCP／IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。因?yàn)闆]有MMU內(nèi)存管理單元，所以其多任務(wù)的實(shí)現(xiàn)需要一定技巧。

μClinux在結(jié)構(gòu)上繼承了標(biāo)準(zhǔn)Linux的多任務(wù)實(shí)現(xiàn)方式，分為實(shí)時(shí)進(jìn)程和普通進(jìn)程，分別采用先來(lái)先服務(wù)和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度，僅針對(duì)中低檔嵌入式CPU特點(diǎn)進(jìn)行改良，且不支持內(nèi)核搶占，實(shí)時(shí)性一般。

綜上可知，μClinux最大特點(diǎn)在于針對(duì)無(wú)MMU處理器設(shè)計(jì)，這對(duì)于沒有MMU功能的stm32f103來(lái)說(shuō)是合適的，但移植此系統(tǒng)需要至少512KB的RAM空間，1MB的ROM/FLASH空間，而stmf103擁有256K的FLASH，需要外接存儲(chǔ)器，這就增加了硬件設(shè)計(jì)的成本。

μClinux結(jié)構(gòu)復(fù)雜，移植相對(duì)困難，內(nèi)核也較大，其實(shí)時(shí)性也差一些，若開發(fā)的嵌入式產(chǎn)品注重文件系統(tǒng)和與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用則μClinux是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

2、μC／OS-II

μC／OS-II是在μC/OS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是用C語(yǔ)言編寫的一個(gè)結(jié)構(gòu)小巧、搶占式的多任務(wù)實(shí)時(shí)內(nèi)核。μC／OS-II能管理64個(gè)任務(wù)，并提供任務(wù)調(diào)度與管理、內(nèi)存管理、任務(wù)間同步與通信、時(shí)間管理和中斷服務(wù)等功能，具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。

在文件系統(tǒng)的支持方面，由于μC／OS-II是面向中小型嵌入式系統(tǒng)的，即使包含全部功能，編譯后內(nèi)核也不到10 KB，所以系統(tǒng)本身并沒有提供對(duì)文件系統(tǒng)的支持。但是μC/OS-II具有良好的擴(kuò)展性能，如果需要也可自行加入文件系統(tǒng)的內(nèi)容。

在對(duì)硬件的支持上，μC/OS-II能夠支持當(dāng)前流行的大部分CPU，μC／OS-II由于本身內(nèi)核就很小，經(jīng)過(guò)裁剪后的代碼最小可以為2KB，所需的最小數(shù)據(jù)RAM空間為4 KB，μC／OS-II的移植相對(duì)比較簡(jiǎn)單，只需要修改與處理器相關(guān)的代碼就可以。

綜上可知，μC／OS-II是一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能完備和實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核，針對(duì)于沒有MMU功能的CPU，它是非常合適的。它需要很少的內(nèi)核代碼空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，擁有良好的實(shí)時(shí)性，良好的可擴(kuò)展性能，并且是開源的，網(wǎng)上擁有很多的資料和實(shí)例，所以很適合向stm32f103這款CPU上移植。

3、eCos

eCos(embedded Configurable operating system)，即嵌入式可配置操作系統(tǒng)。

它是一個(gè)源代碼開放的可配置、可移植、面向深度嵌入式應(yīng)用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

最大特點(diǎn)是配置靈活，采用模塊化設(shè)計(jì)，核心部分由小同的組件構(gòu)成，包括內(nèi)核、C語(yǔ)言庫(kù)和底層運(yùn)行包等。

每個(gè)組件可提供大量的配置選項(xiàng)(實(shí)時(shí)內(nèi)核也可作為可選配置)，使用eCos提供的配置工具可以很方便地配置，并通過(guò)不同的配置使得eCos能夠滿足不同的嵌入式應(yīng)用要求。

eCos操作系統(tǒng)的可配置性非常強(qiáng)大，用戶可以自己加入所需的文件系統(tǒng)。eCos操作系統(tǒng)同樣支持當(dāng)前流行的大部分嵌入式CPU，eCos操作系統(tǒng)可以在16位、32位和64位等不同體系結(jié)構(gòu)之間移植。

eCos由于本身內(nèi)核就很小，經(jīng)過(guò)裁剪后的代碼最小可以為10 KB，所需的最小數(shù)據(jù)RAM空間為10 KB。

在系統(tǒng)移植方面 eCos操作系統(tǒng)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(diǎn)是配置靈活，并且支持無(wú)MMU的CPU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(tái)的CPU上。但eCOS的應(yīng)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(yè)級(jí)或工業(yè)級(jí)對(duì)成本敏感的嵌入式系統(tǒng),例如消費(fèi)電子領(lǐng)域中的一些應(yīng)用。

4、FreeRTOS

由于RTOS需占用一定的系統(tǒng)資源(尤其是RAM資源)，只有μC／OS-II、embOS、salvo、FreeRTOS等少數(shù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能在小RAM單片機(jī)上運(yùn)行。

相對(duì)于C／OS-II、 embOS等商業(yè)操作系統(tǒng)，F(xiàn)reeRTOS操作系統(tǒng)是完全免費(fèi)的操作系統(tǒng)，具有源碼公開、可移植、可裁減、調(diào)度策略靈活的特點(diǎn)，可以方便地移植到各種單片機(jī)上運(yùn)行，其最新版本為6.0版。

作為一個(gè)輕量級(jí)的操作系統(tǒng)，F(xiàn)reeRTOS提供的功能包括：任務(wù)管理、時(shí)間管理、信號(hào)量、消息隊(duì)列、內(nèi)存管理、記錄功能等，可基本滿足較小系統(tǒng)的需要。

FreeRTOS內(nèi)核支持優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法，每個(gè)任務(wù)可根據(jù)重要程度的不同被賦予一定的優(yōu)先級(jí)，CPU總是讓處于就緒態(tài)的、優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)先運(yùn)行。

FreeRT0S內(nèi)核同時(shí)支持輪換調(diào)度算法，系統(tǒng)允許不同的任務(wù)使用相同的優(yōu)先級(jí)，在沒有更高優(yōu)先級(jí)任務(wù)就緒的情況下，同一優(yōu)先級(jí)的任務(wù)共享CPU的使用時(shí)間。

FreeRTOS的不足：

相對(duì)于常見的μC／OS—II操作系統(tǒng)，F(xiàn)reeRTOS操作系統(tǒng)既有優(yōu)點(diǎn)也存在不足。

其不足之處， 一方面體現(xiàn)在系統(tǒng)的服務(wù)功能上，如FreeRTOS只提供了消息隊(duì)列和信號(hào)量的實(shí)現(xiàn)，無(wú)法以后進(jìn)先出的順序向消息隊(duì)列發(fā)送消息；另一方 面，F(xiàn)reeRTOS只是一個(gè)操作系統(tǒng)內(nèi)核，需外擴(kuò)第三方的GUI(圖形用戶界面)、TCP／IP協(xié)議棧、FS(文件系統(tǒng))等才能實(shí)現(xiàn)一個(gè)較復(fù)雜的系統(tǒng)， 不像μC／OS-II可以和μC／GUI、μC／FS、μC／TCP-IP等無(wú)縫結(jié)合。

5、都江堰操作系統(tǒng)（djyos）

都江堰操作系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱djyos，得名于一個(gè)偉大的水利工程：都江堰。

與傳統(tǒng)操作系統(tǒng)不同，djyos不是以線程而是以事件為調(diào)度核心，這種調(diào)度算法使程序員擺脫模擬計(jì)算機(jī)執(zhí)行過(guò)程編寫程序的思維方式，而是按人類認(rèn)知世界的方式編寫應(yīng)用程序，就如同在嵌入式編程中引入了VC似的。

djyos的調(diào)度算法使程序員可以擺脫線程和進(jìn)程的束縛，djyos沒有有關(guān)線程的api，一個(gè)完全不懂線程知識(shí)的程序員也可以順利地在djyos下編寫應(yīng)用程序。

djyos 操作系統(tǒng)是以事件為核心進(jìn)行調(diào)度的，這種調(diào)度策略使程序員可以按人類認(rèn)知事物的習(xí)慣而不是計(jì)算機(jī)的習(xí)慣來(lái)編程。

由上所述，對(duì)于stm32f103來(lái)說(shuō)，移植μC／OS-II、eCos、FreeRTOS、都江堰操作系統(tǒng)是合適的。