適合STM32的有哪些嵌入式操作系統(tǒng)

基于STM平臺(tái)且滿(mǎn)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(chēng)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](méi)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。

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(yùn)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(shí)的處理，而且接受中斷。因?yàn)橄到y(tǒng)中存在有許多中斷的底半處理，所以會(huì)引起系統(tǒng)中斷處理的延時(shí)。

μClinux對(duì)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)。但一般采用ROMFS文件系統(tǒng)，這種文件系統(tǒng)相對(duì)于一般的文件系統(tǒng)（如ext2）占用更少的空間。但是ROMFS文件系統(tǒng)不支持動(dòng)態(tài)擦寫(xiě)保存，對(duì)于系統(tǒng)需要?jiǎng)討B(tài)保存的數(shù)據(jù)須采用虛擬RAM盤(pán)/JFFS的方法進(jìn)行處理。

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(méi)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(kāi)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(xiě)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)。

對(duì)于實(shí)時(shí)性的滿(mǎn)足上，由于μC/OS-II內(nèi)核是針對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，所以只支持基于固定優(yōu)先級(jí)搶占式調(diào)度;調(diào)度方法簡(jiǎn)單，可以滿(mǎn)足較高的實(shí)時(shí)性要求。

在內(nèi)存管理上，μC/OS-II把連續(xù)的大塊內(nèi)存按分區(qū)來(lái)管理，每個(gè)分區(qū)中都包含整數(shù)個(gè)大小相同的內(nèi)存塊，但不同分區(qū)之間內(nèi)存的大小可以不同。用戶(hù)動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存時(shí)，只須選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)姆謪^(qū)，按塊來(lái)分配內(nèi)存，釋放時(shí)將該塊放回到以前所屬的分區(qū)，這樣就消除了因多次動(dòng)態(tài)分配和釋放內(nèi)存所引起的碎片問(wèn)題。

μC/OS-II中斷處理比較簡(jiǎn)單。一個(gè)中斷向量上只能掛一個(gè)中斷服務(wù)子程序ISR，而且用戶(hù)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(shí)也就越長(zhǎng)。

內(nèi)核所能支持的最大嵌套深度為255。

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(méi)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(méi)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(kāi)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(kāi)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(mǎn)足不同的嵌入式應(yīng)用要求。

在實(shí)時(shí)性反面，由于eCos調(diào)度方法豐富，提供了兩種基于優(yōu)先級(jí)的調(diào)度器（即位圖調(diào)度器和多級(jí)隊(duì)列調(diào)度器），允許用戶(hù)在進(jìn)行配置時(shí)選擇其中一個(gè)調(diào)度器，適應(yīng)性好。因此在實(shí)時(shí)性方面表現(xiàn)良好。

在內(nèi)存管理上eCos對(duì)內(nèi)存分配既不分段也不分頁(yè)，而是采用一種基于內(nèi)存池的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配機(jī)制。通過(guò)兩種內(nèi)存池來(lái)實(shí)現(xiàn)兩種內(nèi)存管理方法：一種是變長(zhǎng)的內(nèi)存池;另一種是定長(zhǎng)的內(nèi)存池，類(lèi)似于VxWorks的管理方案。

在中斷管理上eCos使用了分層式中斷處理機(jī)制，把中斷處理分為傳統(tǒng)的ISR（中斷服務(wù)程序）和滯后中斷服務(wù)程序DSR（遞延服務(wù)程序）。類(lèi)似于μClinux的處理機(jī)制，這種機(jī)制可以在中斷允許時(shí)運(yùn)行DSR，因此在處理較低優(yōu)先級(jí)中斷時(shí)允許高優(yōu)先級(jí)的中斷和處理。為了極大地縮短中斷延時(shí)，ISR應(yīng)當(dāng)可以快速運(yùn)行。如果中斷引起的服務(wù)量少，則ISR可以單獨(dú)處理中斷;如果中斷服務(wù)復(fù)雜，則ISR只屏蔽中斷源，然后交由DSR（遞延服務(wù)程序）處理。

eCos操作系統(tǒng)的可配置性非常強(qiáng)大，用戶(hù)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(kāi)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(méi)有像μC/OS-II那樣普遍，并且資料也沒(méi)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。

來(lái)源：電子工程專(zhuān)輯