技术往往更新得非常快,并且总是让我们觉得学起来有难度而且有些迷茫。不过没有关系我们发烧友专注于在快乐中学习,要学习 STM32,我们首先了解下五大嵌入式操作系统:μClinux、μC/OS-II、eCos、FreeRTOS 和 RT-thread。

 

 TOP1:μClinux

μClinux 是一种优秀的嵌入式 Linux 版本,从字面意思看是指微控制 Linux。同标准的 Linux 相比,μClinux 的内核非常小,但是它仍然继承了 Linux 操作系统的主要特性,包括良好的稳定性和移植性、强大的网络功能、出色的文件系统支持、标准丰富的 API,以及 TCP/IP 网络协议等。

 

μClinux 操作系统的中断管理是将中断处理分为两部分:顶半处理和底半处理。在顶半处理中,必须关中断运行,且仅进行必要的、非常少、速度快的处理,其他处理交给底半处理;底半处理执行那些复杂、耗时的处理,而且接受中断。因为系统中存在有许多中断的底半处理,所以会引起系统中断处理的延时。

 

μClinux 对文件系统支持良好,由于μClinux 继承了 Linux 完善的文件系统性能,它支持 ROMFS、NFS、ext2、MS-DOS、JFFS 等文件系统。

 

μClinux 最大特点在于针对无 MMU 处理器设计,这对于没有 MMU 功能的 STM32F103 来说是合适的,但移植此系统需要至少 512KB 的 RAM 空间,1MB 的 ROM/FLASH 空间,而 STM32F103 拥有 256K 的 FLASH,需要外接存储器,这就增加了硬件设计的成本。

 

 

μClinux 结构复杂,移植相对困难,内核也较大,其实时性也差一些,若开发的嵌入式产品注重文件系统和与网络应用则μClinux 是一个不错的选择。

 

TOP2:μC/OS-II

μC/OS-II 是在μC/OS 的基础上发展起来的,是用 C 语言编写的一个结构小巧、抢占式的多任务实时内核。μC/OS-II 能管理 64 个任务,并提供任务调度与管理、内存管理、任务间同步与通信、时间管理和中断服务等功能,具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和扩展性强等特点。

 

 

对于实时性的满足上,由于μC/OS-II 内核是针对实时系统的要求设计实现的,所以只支持基于固定优先级抢占式调度;调度方法简单,可以满足较高的实时性要求。

 

μC/OS-II 中断处理比较简单。一个中断向量上只能挂一个中断服务子程序 ISR,而且用户代码必须都在 ISR(中断服务程序)中完成。ISR 需要做的事情越多,中断延时也就越长,内核所能支持的最大嵌套深度为 255。

 

μC/OS-II 是一个结构简单、功能完备和实时性很强的嵌入式操作系统内核,针对于没有 MMU 功能的 CPU,它是非常合适的。它需要很少的内核代码空间和数据存储空间,拥有良好的实时性,良好的可扩展性能,并且是开源的,网上拥有很多的资料和实例,所以很适合向 STM32F103 这款 CPU 上移植。

 

TOP3:eCos

eCos,即嵌入式可配置操作系统。它是一个源代码开放的可配置、可移植、面向深度嵌入式应用的实时操作系统。最大特点是配置灵活,采用模块化设计,核心部分由小同的组件构成,包括内核、C 语言库和底层运行包等。每个组件可提供大量的配置选项(实时内核也可作为可选配置),使用 eCos 提供的配置工具可以很方便地配置,并通过不同的配置使得 eCos 能够满足不同的嵌入式应用要求。

 

eCos 操作系统的可配置性非常强大,用户可以自己加入所需的文件系统。eCos 操作系统同样支持当前流行的大部分嵌入式 CPU,eCos 操作系统可以在 16 位、32 位和 64 位等不同体系结构之间移植。eCos 由于本身内核就很小,经过裁剪后的代码最小可以为 10 KB,所需的最小数据 RAM 空间为 10 KB。

 

 

在系统移植方面 eCos 操作系统的可移植性很好,要比μC/OS-II 和μClinux 容易。

 

eCos 最大特点是配置灵活,并且支持无 MMU 的 CPU 的移植,开源且具有很好的移植性,也比较合适于移植到 STM32 平台的 CPU 上。但 eCOS 的应用还不是太广泛,还没有像μC/OS-II 那样普遍,并且资料也没有μC/OS-II 多。eCos 适合用于一些商业级或工业级对成本敏感的嵌入式系统,例如消费电子领域中的一些应用。

 

 TOP4:FreeRTOS

由于 RTOS 需占用一定的系统资源(尤其是 RAM 资源),只有μC/OS-II、embOS、salvo、FreeRTOS 等少数实时操作系统能在小 RAM 单片机上运行。相对于μC/OS-II、 embOS 等商业操作系统,FreeRTOS 操作系统是完全免费的操作系统,具有源码公开、可移植、可裁减、调度策略灵活的特点,可以方便地移植到各种单片机上运行,其最新版本为 6.0 版。

 

 

作为一个轻量级的操作系统,FreeRTOS 提供的功能包括:任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理、记录功能等,可基本满足较小系统的需要。

 

FreeRTOS 内核支持优先级调度算法,每个任务可根据重要程度的不同被赋予一定的优先级,CPU 总是让处于就绪态的、优先级最高的任务先运行。

 

FreeRT0S 内核同时支持轮换调度算法,系统允许不同的任务使用相同的优先级,在没有更高优先级任务就绪的情况下,同一优先级的任务共享 CPU 的使用 时间。

 

相对于常见的μC/OS-II 操作系统,FreeRTOS 操作系统既有优点也存在不足。其不足之处, 一方面体现在系统的服务功能上,如 FreeRTOS 只提供了消息队列和信号量的实现,无法以后进先出的顺序向消息队列发送消息。

 

另一方 面,FreeRTOS 只是一个操作系统内核,需外扩第三方的 GUI(图形用户界面)、TCP/IP 协议栈、FS(文件系统)等才能实现一个较复杂的系统, 不像μC/OS-II 可以和μC/GUI、μC/FS、μC/TCP-IP 等无缝结合。

 

 TOP5:RT-thread

RT-Thread 是一款主要由中国开源社区主导开发的开源实时操作系统(许可证 GPLv2)。实时线程操作系统不仅仅是一个单一的实时操作系统内核,它也是一个完整的应用系统,包含了实时、嵌入式系统相关的各个组件:TCP/IP 协议栈,文件系统,libc 接口,图形用户界面等。