STM32開發(fā)中的五大嵌入式系統(tǒng)

技術(shù)往往更新得非?？?，并且總是讓我們覺得學(xué)起來有難度而且有些迷茫。不過沒有關(guān)系我們發(fā)燒友專注于在快樂中學(xué)習(xí)，要學(xué)習(xí)STM32，我們首先了解下五大嵌入式操作系統(tǒng)：μClinux、μC/OS-II、eCos、FreeRTOS和RT-thread。

μClinux

μClinux是一種優(yōu)秀的嵌入式Linux版本，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。

μClinux操作系統(tǒng)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(guān)中斷運行，且僅進(jìn)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(zhí)行那些復(fù)雜、耗時的處理，而且接受中斷。

因為系統(tǒng)中存在有許多中斷的底半處理，所以會引起系統(tǒng)中斷處理的延時。μClinux對文件系統(tǒng)支持良好，由于μClinux繼承了Linux完善的文件系統(tǒng)性能，它支持ROMFS、NFS、ext2、MS-DOS、JFFS等文件系統(tǒng)。μClinux最大特點在于針對無MMU處理器設(shè)計，這對于沒有MMU功能的STM32F103來說是合適的，但移植此系統(tǒng)需要至少512KB的RAM空間，1MB的ROM/FLASH空間，而STM32F103擁有256K的FLASH，需要外接存儲器，這就增加了硬件設(shè)計的成本。

μClinux結(jié)構(gòu)復(fù)雜，移植相對困難，內(nèi)核也較大，其實時性也差一些，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是一個不錯的選擇。

μC/OS-II

μC/OS-II是在μC/OS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是用C語言編寫的一個結(jié)構(gòu)小巧、搶占式的多任務(wù)實時內(nèi)核。μC/OS-II能管理64個任務(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、實時性能優(yōu)良和擴(kuò)展性強(qiáng)等特點。

對于實時性的滿足上，由于μC/OS-II內(nèi)核是針對實時系統(tǒng)的要求設(shè)計實現(xiàn)的，所以只支持基于固定優(yōu)先級搶占式調(diào)度;調(diào)度方法簡單，可以滿足較高的實時性要求。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(wù)子程序ISR，而且用戶代碼必須都在ISR（中斷服務(wù)程序）中完成。ISR需要做的事情越多，中斷延時也就越長，內(nèi)核所能支持的最大嵌套深度為255。

μC/OS-II是一個結(jié)構(gòu)簡單、功能完備和實時性很強(qiáng)的嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核，針對于沒有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)存儲空間，擁有良好的實時性，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例，所以很適合向STM32F103這款CPU上移植。

eCos

eCos，即嵌入式可配置操作系統(tǒng)。它是一個源代碼開放的可配置、可移植、面向深度嵌入式應(yīng)用的實時操作系統(tǒng)。最大特點是配置靈活，采用模塊化設(shè)計，核心部分由小同的組件構(gòu)成，包括內(nèi)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(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。eCos最大特點是配置靈活，并且支持無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)級或工業(yè)級對成本敏感的嵌入式系統(tǒng)，例如消費電子領(lǐng)域中的一些應(yīng)用。

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)實時操作系統(tǒng)能在小RAM單片機(jī)上運行。相對于μC/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，可以方便地移植到各種單片機(jī)上運行，其最新版本為6.0版。

作為一個輕量級的操作系統(tǒng)，F(xiàn)reeRTOS提供的功能包括：任務(wù)管理、時間管理、信號量、消息隊列、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)先級調(diào)度算法，每個任務(wù)可根據(jù)重要程度的不同被賦予一定的優(yōu)先級，CPU總是讓處于就緒態(tài)的、優(yōu)先級最高的任務(wù)先運行。FreeRT0S內(nèi)核同時支持輪換調(diào)度算法，系統(tǒng)允許不同的任務(wù)使用相同的優(yōu)先級，在沒有更高優(yōu)先級任務(wù)就緒的情況下，同一優(yōu)先級的任務(wù)共享CPU的使用 時間。

相對于常見的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只提供了消息隊列和信號量的實現(xiàn)，無法以后進(jìn)先出的順序向消息隊列發(fā)送消息。

另一方 面，F(xiàn)reeRTOS只是一個操作系統(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)）等才能實現(xiàn)一個較復(fù)雜的系統(tǒng)， 不像μC/OS-II可以和μC/GUI、μC/FS、μC/TCP-IP等無縫結(jié)合。

RT-thread

RT-Thread 是一款主要由中國開源社區(qū)主導(dǎo)開發(fā)的開源實時操作系統(tǒng)（許可證GPLv2）。實時線程操作系統(tǒng)不僅僅是一個單一的實時操作系統(tǒng)內(nèi)核，它也是一個完整的應(yīng)用系統(tǒng)，包含了實時、嵌入式系統(tǒng)相關(guān)的各個組件：TCP/IP協(xié)議棧，文件系統(tǒng)，libc接口，圖形用戶界面等。