uclinux与ucos区别

　　嵌入式系统是以嵌入式计算机为核心，面向用户、面向产品、面向应用，软硬件可裁减的，适用于对功能、可靠性、体积、成本、功耗等综合性能有严格要求的计算机系统。随着嵌入式系统的广泛应用，传统的前/后台程序开发机制已经不能满足日益复杂和荷记得的实现要求，因而现场常常采用嵌入式产时 *** 作系统PROS（Real TIme OperaTIon System）开发实时多任务系统。嵌入式实时 *** 作系统一般可以提供多任务的任务调度、时间管理、任务间通信和同步以及内存管理MMU（Memory Manager Unit）等重要服务，使得嵌入式应用程序易于设计和扩展。采用RTOS可以使嵌入式产品更可靠、开发周期更短。在嵌入式应用中使用RTOS已经成为当前嵌入式应用的一个热点。

　　完成简单功能的嵌入式系统一般不需要 *** 作系统。如，以前许多MCS51系列单片机组成的小系统就只是利用软件实现简单的控制环路；但是随着所谓后PC时代的来临，嵌入式系统设计日趋复杂，嵌入式 *** 作系统就必不可少了。

　　嵌入式RTOS在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固化以及应用的专业性等方面具有较为突出的优势。一般而言，嵌入式 *** 作系统不同于一般意义的计算机 *** 作系统，它有占用空间小、执行效率高、方便进行个性化定制和软件要求固化存储等特点。

　　UC/OS和uClinux *** 作系统是用两种性能优良、源码公开且被广泛应用的免费嵌入式 *** 作系统，可以作为研究实时 *** 作系统和非实时 *** 作系统的典范。

　　uC/OS

　　uC/OS II（Micro Control OperaTIon System Two）是一个可以基于ROM运行的、可裁减的、抢占式、实时多任务内核，具有高度可移植性，特别适合于微处理器和控制器，是和很多商业 *** 作系统性能相当的实时 *** 作系统（RTOS）。为了提供最好的移植性能，uC/OS II最大程度上使用ANSI C语言进行开发，并且已经移植到近40多种处理器体系上，涵盖了从8位到64位各种CPU（包括DSP）。

　　uC/OS II可以简单的视为一个多任务调度器，在这个任务调度器之上完善并添加了和多任务 *** 作系统相关的系统服务，如信号量、邮箱等。其主要特点有公开源代码，代码结构清晰、明了，注释详尽，组织有条理，可移植性好，可裁剪，可固化。内核属于抢占式，最多可以管理60个任务。从1992年开始，由于高度可靠性、移植性和安全性，uC/OS II已经广泛使用在从照相机到航空电子产品的各种应用中。

　　μC/OS-II实时多任务 *** 作系统内核被广泛应用于微处理器、微控制器和数字信号处理器。 μC/OS-II 的前身是μC/OS，最早出自于1992 年美国嵌入式系统专家Jean J.Labrosse 在《嵌入式系统编程》杂志的5 月和6 月刊上刊登的文章连载，并把μC/OS 的源码发布在该杂志的BBS 上。

　　

　　uCLinux

　　uCLinux表示Micro-Control Linux，即“微控制器领域中的Linux系统”，是Lineo公司的主打产品，同时也是开放源码的嵌入式Linux的典范之作。uCLinux主要是针对目标处理器没有存储管理单元MMU（Memory Management Unit）的嵌入式系统而设计的。它已经被成功地移植到了很多平台上。由于没有MMU，其多任务的实现需要一定技巧。

　　uClinux从Linux 2.0/2.4内核派生而来，沿袭了Linux的绝大部分特性。它通常用于具有很少内存或Flash的嵌入式 *** 作系统。在GNU通用许可证的保证下，运行uClinux *** 作系统的用户可以使用几乎所有的Linux API函数。由于经过了裁剪和优化，它形成了一个高度优化，代码紧凑的嵌入式Linux。

　　它具有体积小、稳定、良好的移植性、优秀的网络功能、完备的对各种文件系统的支持，以及丰富的API函数等优点。uClinux与Linux在兼容性方面表现出色，uClinux除了不能实现fork（）外，其余uClinux的API函数与标准Linux完全相同。

　　

　　两种嵌入式 *** 作系统主要性能比较

　　嵌入式 *** 作系统是嵌入式系统软硬件资源的控制中心，它以尽量合理的有效方法组织多个用户共享嵌入式系统的各种资源。其中用户指的是系统程序之上的所有软件。所谓合理有效的方法，指的就是 *** 作系统如何协调并充分利用硬件资源来实现多任务。复杂的 *** 作系统都支持文件系统，方便组织文件并易于对其规范化 *** 作。

　　嵌入式 *** 作系统还有一个特点就是针对不同的平台，系统不是直接可用的，一般需要经过针对专门平台的移植 *** 作系统才能正常工作。进程调度、文件系统支持和系统移植是在嵌入式 *** 作系统实际应用中最常见的问题，下文就从这几个角度入手对uc/os和uclinux进行分析比较。

　　进程调度

　　进程调度可分为“剥夺型调度”和“非剥夺型调度”两种基本方式。所谓“非剥夺型调度”是指：一旦某个进程被调度执行，则该进程一直执行下去直至该进程结束，或由于某种原因自行放弃cpu进入等待状态，才将cpu重新分配给其他进程。所谓“剥夺型调度”是指：一旦就绪状态中出现优先权更高的进程，或者运行的进程已用满了规定的时间片时，便立即剥夺当前进程的运行（将其放回就绪状态），把cpu分配给其他进程。

　　作为实时 *** 作系统，uc/os是采用的可剥夺型实时多任务内核。可剥夺型的实时内核在任何时候都运行就绪了的最高优先级的任务。uc/os中最多可以支持64个任务，分别对应优先级0~63，其中0为最高优先级。调度工作的内容可以分为两部分：最高优先级任务的寻找和任务切换。

　　其最高优先级任务的寻找是通过建立就绪任务表来实现的。uc/os中的每一个任务都有独立的堆栈空间，并有一个称为任务控制块tcb（task control block）数据结构，其中第一个成员变量就是保存的任务堆栈指针。任务调度模块首先用变量ostcbhighrdy记录当前最高级就绪任务的tcb地址，然后调用os_task_sw（）函数来进行任务切换。

　　uclinux的进程调度沿用了linux的传统，系统每隔一定时间挂起进程，同时系统产生快速和周期性的时钟计时中断，并通过调度函数（定时器处理函数）决定进程什么时候拥有它的时间片。然后进行相关进程切换，这是通过父进程调用fork函数生成子进程来实现的。

　　uclinux系统fork调用完成后，要么子进程代替父进程执行（此时父进程已经sleep），直到子进程调用exit退出；要么调用exec执行一个新的进程，这个时候产生可执行文件的加载，即使这个进程只是父进程的拷贝，这个过程也不可避免。当子进程执行exit或exec后，子进程使用wakeup把父进程唤醒，使父进程继续往下执行。

　　uclinux由于没有mmu管理存储器，其对内存的访问是直接的，所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。 *** 作系统队内存空间没有保护，各个进程实际上共享一个运行空间。这就需要实现多进程时进行数据保护，也导致了用户程序使用的空间可能占用到系统内核空间，这些问题在编程时都需要多加注意，否则容易导致系统崩溃。

　　由上述分析可以得知，uc/os内核是针对实时系统的要求设计实现的，相对简单，可以满足较高的实时性要求。而uclinux则在结构上继承了标准linux的多任务实现方式，仅针对嵌入式处理器特点进行改良。其要实现实时性效果则需要使系统在实时内核的控制下运行，rt-linux就是可以实现这一个功能的一种实时内核。

　　文件系统

　　所谓文件系统是指负责存取和管理文件信息的机构，也可以说是负责文件的建立、撤销、组织、读写、修改、复制及对文件管理所需要的资源（如目录表、存储介质等）实施管理的软件部分。

　　uc/os是面向中小型嵌入式系统的，如果包含全部功能（信号量、消息邮箱、消息队列及相关函数），编译后的uc/os内核仅有6~10kb，所以系统本身并没有对文件系统的支持。但是uc/os具有良好的扩展性能，如果需要的话也可自行加入文件系统的内容。

　　uclinux则是继承了linux完善的文件系统性能。其采用的是romfs文件系统，这种文件系统相对于一般的ext2文件系统要求更少的空间。空间的节约来自于两个方面，首先内核支持romfs文件系统比支持ext2文件系统需要更少的代码，其次romfs文件系统相对简单，在建立文件系统超级块（superblock）需要更少的存储空间。romfs文件系统不支持动态擦写保存，对于系统需要动态保存的数据采用虚拟ram盘的方法进行处理（ram盘将采用ext2文件系统）。

　　uclinux还继承了linux网络 *** 作系统的优势，可以很方便的支持网络文件系统且内嵌tcp/ip协议，这为uclinux开发网络接入设备提供了便利。

　　由两种 *** 作系统对文件系统的支持可知，在复杂的需要较多文件处理的嵌入式系统中uclinux是一个不错的选择。而uc/os则主要适合一些控制系统。

　

　　 *** 作系统的移植

　　嵌入式 *** 作系统移植的目的是指使 *** 作系统能在某个微处理器或微控制器上运行。UC/OS和uClinux都是源码公开的 *** 作系统，且其结构化设计便于把与处理器相关的部分分离出来，所以被移植到新的处理器上是可能的。以下对两种系统的移植分别予以说明。

　　（1）uC/OS的移植

　　要移植uC/OS，目标处理器必须满足以下要求：

　　处理器的C编译器能产生可重入代码，且用C语言就可以打开和关闭中断；

　　*处理器支持中断，并能产生定时中断；

　　*处理器支持足够的RAM（几KB），作为多任务环境下的任务堆栈；

　　*处理器有将堆栈指针和其它CPU寄存器读出和存储到堆栈或内存中的指令。

　　在理解了处理器和C编译器的技术细节后，uC/OS的移植只需要修改与处理器相关的代码就可以了。具体有如下内容：

　　*OS_CPU.H中需要设置一个常量来标识堆栈增长方向；

　　*OS_CPU.H中需要声明几个用于开关中断和任务切换的宏；

　　*OS_CPU.H中需要针对具体处理器的字长重新定义一系列数据类型；

　　*OS_CPU_A.ASM需要改写4个汇编语言的函数；

　　*OS_CPU_C.C需要用C语言编写6个简单函数；

　　*修改主头文件INCLUDE.H，将上面的三个文件和其它的头文件加入。

　　（2）uClinux的移植其实，

　　uClinux是Linux针对嵌入式系统的一种改良，其结构比较复杂；相对uC/OS，uClinux的移植也复杂得多。一般而言，要移植uClinux，目标处理器除了应满足上述uC/OS应满足的条件外，还需要具有足够容量（几百KB以上）外部ROM和RAM。

　　uClinux的移植大致可以分为3个层次。

　　*结构层次的移植。如果待移植处理器的结构不同于任何已经支持的处理器结构，则需要修改linux/arch目录下相关处理器结构的文件。虽然uClinux内核代码的大部分是独立于处理器和其体系结构的，但是其最低级的代码也是特定于各个系统的。这主要表现在它们的中断处理上下文、内核映射的维护、任务上下文和初始化过程都是独特的。这些例行程序位于lunux/arch/目录下。由于Linux所支持体系结构的种类繁多，所以对一个新型的体系，其低级例程可以模仿与其相似的体系例程编写。

　　*平台层次的移植。如果待移植处理器是某种uClinux已支持体系的处理器，则需要在相关体系结构目录下建立相应目录并编写相应代码。如MC68EZ328就是基于无MMU的m68k内核的。此时的移植需要创建的linux/arch/m68knommu/platform/MC68EZ328目录下，并在其下编写跟踪程序（实现用户程序到内核函数的接口等功能）、中断控制调度程序和向量初始化程序等。

　　*板级移植。如果所用处理器已被uClinux支持，就只需要板级移植了。板级移植需要在linux/arch/？platform/中建立一个相应板的目录，再在其中建立相应的启动代码crt0_rom.s或crt0_ram.s和键接描述文档rom.ld或ram.ld就可以了。板级移植还包括驱动程序的编写和环境变量设置等内容。

　　结语

　　通过对uC/OS和uClinux的比较可以看出，这两种 *** 作系统在应用方面各有优劣。uC/OS占用空间少、执行效率高、实时性能优良，且针对新处理器的移植相对简单。UClinux则占用空间相对较大，实时性能一般，针对新处理器的移植相对复杂。但是，uClinux具有对多种文件系统的支持能力、内嵌了TCP/IP协议，可以借鉴Linux丰富的资源，对一些复杂的应用，uClinux具有相当优势。例如，CISCO公司的2500/3000/4000路由器就是基于uClinux *** 作系统开发的。总之， *** 作系统的选择是由嵌入式系统的需求决定的。简单地说就是，小型控制系统可充分利用uC/OS小巧且实时性强的优势；如果开发PDA和互联网连接终端等较和为复杂的系统，则uClinux是不错的选择。