嵌入式環(huán)境中Nucleus到Linux的程序移植方案

　　設計解析

　　改進后的PMON設計架構，摒棄了將驅(qū)動程序掛載在Linux設備管理模塊的傳統(tǒng)思維，將各驅(qū)動程序掛載在自我編寫的驅(qū)動管理模塊上，從而避免了為適應Linux設備管理模塊，而大量改寫各驅(qū)動程序的工作量。

　　各驅(qū)動程序沒有掛載在Linux設備管理模塊上，并不等于失去了Linux動態(tài)管理模塊的功能，各驅(qū)動程序可編譯為模塊，而由驅(qū)動管理模塊通過request_module()和remove_module()的內(nèi)核符號調(diào)用來實現(xiàn)驅(qū)動的動態(tài)加載和移出主存，在嵌入式系統(tǒng)中有效地控制了內(nèi)存資源的使用。通過在內(nèi)核中，驅(qū)動管理模塊內(nèi)實現(xiàn)驅(qū)動的配置、初始化，設備和驅(qū)動的一致性檢查和驅(qū)動間的通信，避免了用戶層空間和內(nèi)核空間的反復陷入和上下文切換，提高了系統(tǒng)性能，這在一個支持熱插拔的系統(tǒng)中，對于硬件反復檢測的要求，尤為有效。

　　由于在Linux操作系統(tǒng)看來，只存在一個虛擬設備，因此，在文件系統(tǒng)中，向用戶空間提供的接口必然統(tǒng)一，用戶進程不必考慮設備和驅(qū)動的完整一致性，使用戶進程的設計簡單干凈。驅(qū)動管理模塊作為一個虛擬設備，只向Linux的中斷管理模塊申請一個中斷號，而由新架構中的中斷服務模塊，負責提供接口給各驅(qū)動程序用來注冊中斷處理函數(shù)，并負責將中斷信號分發(fā)至各處理函數(shù)。這不僅滿足了各驅(qū)動程序的中斷要求，也解決了Linux系統(tǒng)中斷資源有限的問題。

　　新的架構的設計，將工作量主要集中到了驅(qū)動管理模塊的設計上，驅(qū)動管理模塊其實就是獨立于Linux設備管理模塊的一個簡易設備管理模塊，要完成以下工作:實現(xiàn)驅(qū)動動態(tài)加載的功能，為各驅(qū)動程序提供注冊的統(tǒng)一接口，實現(xiàn)各驅(qū)動程序的配置和初始化，負責檢查各設備和驅(qū)動、各設備之間和各驅(qū)動之間的合法性和一致性，負責向Linux設備管理模塊注冊一個虛擬設備，負責將從用戶層進入虛擬設備的命令解析并分發(fā)至各驅(qū)動程序。而以上列舉的驅(qū)動管理模塊應完成的功能，在Nucleus中，實現(xiàn)各驅(qū)動程序的配置和初始化，負責檢查各設備和驅(qū)動、各設備之間和各驅(qū)動之間的合法性和一致性等功能是已經(jīng)完成的。

　　性能分析及移植結果

　　改進后的PMON軟件在Linux中的程序設計與傳統(tǒng)的Linux程序設計相比：

　　1)由于最大限度避免了用戶空間陷入內(nèi)核空間及內(nèi)核空間返回用戶空間時的上下文切換，性能顯著提高。

　　2)底層驅(qū)動為用戶空間提供了統(tǒng)一的驅(qū)動接口，簡化了用戶進程的設計。各驅(qū)動程序的移植也由于避開了為Linux設備管理接口而進行的改寫，從而顯著提高了開發(fā)效率。

　　3)中斷服務模塊的設計，有效地擴展了中斷資源。

　　4)對于Linux動態(tài)加載模塊功能的有效利用，有效節(jié)約了嵌入式系統(tǒng)中有限的內(nèi)存。

　　在PMON項目中，應用了改進后的程序設計，以6個人月的工作量便完成了原系統(tǒng)軟件的移植工作，且系統(tǒng)性能完全滿足設計要求。

　　結語

　　本文提出的將PMON軟件架構由Nucleus移植到Linux中的方法，即單一設備、多個模塊、架構整體搬遷，有效地提高了移植的效率和移植程序的性能。對于其他將單一地址空間程序移植到多地址空間操作系統(tǒng)的項目，也有一定的參考價值。由PMON軟件架構在MIPS架構下，從Nucleus操作系統(tǒng)中，移植到Linux操作系統(tǒng)后的結果來看，方案可行、廉價、高效。