C語(yǔ)言編程程序優(yōu)化方案，如何選擇一個(gè)ARM品牌核心處理器操作系統(tǒng)

　　C語(yǔ)言編程程序優(yōu)化方案

　　在C語(yǔ)言中，宏是產(chǎn)生內(nèi)嵌代碼的唯一方法。對(duì)于嵌入式系統(tǒng)而言，為了能達(dá)到性能要求，宏是一種很好的代替函數(shù)的方法。

　　寫一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)”宏MIN ，這個(gè)宏輸入兩個(gè)參數(shù)并返回較小的一個(gè)：

　　錯(cuò)誤做法：

　　#define MIN（A，B） ?。?A 《= B ？ A ： B ）

　　正確做法：

　　#define MIN（A，B） （（A）《= （B） ？ （A） ： （B） ）

　　對(duì)于宏，我們需要知道三點(diǎn)：

　?。?）宏定義“像”函數(shù)；

　?。?）宏定義不是函數(shù)，因而需要括上所有“參數(shù)”；

　?。?）宏定義可能產(chǎn)生副作用。

　　下面的代碼：

　　least = MIN（*p++， b）;

　　將被替換為：

　　（ （*p++） 《= （b） ？（*p++）：（b） ）

　　發(fā)生的事情無(wú)法預(yù)料。

　　因而不要給宏定義傳入有副作用的“參數(shù)”。

　　使用寄存器變量

　　當(dāng)對(duì)一個(gè)變量頻繁被讀寫時(shí)，需要反復(fù)訪問(wèn)內(nèi)存，從而花費(fèi)大量的存取時(shí)間。為此，C語(yǔ)言提供了一種變量，即寄存器變量。這種變量存放在CPU的寄存器中，使用時(shí)，不需要訪問(wèn)內(nèi)存，而直接從寄存器中讀寫，從而提高效率。寄存器變量的說(shuō)明符是register。對(duì)于循環(huán)次數(shù)較多的循環(huán)控制變量及循環(huán)體內(nèi)反復(fù)使用的變量均可定義為寄存器變量，而循環(huán)計(jì)數(shù)是應(yīng)用寄存器變量的最好候選者。

　?。?） 只有局部自動(dòng)變量和形參才可以定義為寄存器變量。因?yàn)榧拇嫫髯兞繉儆趧?dòng)態(tài)存儲(chǔ)方式，凡需要采用靜態(tài)存儲(chǔ)方式的量都不能定義為寄存器變量，包括：模塊間全局變量、模塊內(nèi)全局變量、局部staTIc變量；

　　（2） register是一個(gè)“建議”型關(guān)鍵字，意指程序建議該變量放在寄存器中，但最終該變量可能因?yàn)闂l件不滿足并未成為寄存器變量，而是被放在了存儲(chǔ)器中，但編譯器中并不報(bào)錯(cuò)（在C++語(yǔ)言中有另一個(gè)“建議”型關(guān)鍵字：inline）。

　　下面是一個(gè)采用寄存器變量的例子：

　　/* 求1+2+3+….+n的值 */

　　WORD AddiTIon（BYTE n）

　　{

　　register i，s=0;

　　for（i=1;i《=n;i++）

　　return s;

　　}

　　本程序循環(huán)n次，i和s都被頻繁使用，因此可定義為寄存器變量。

　　內(nèi)嵌匯編

　　程序中對(duì)時(shí)間要求苛刻的部分可以用內(nèi)嵌匯編來(lái)重寫，以帶來(lái)速度上的顯著提高。但是，開發(fā)和測(cè)試匯編代碼是一件辛苦的工作，它將花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間，因而要慎重選擇要用匯編的部分。

　　在程序中，存在一個(gè)80-20原則，即20%的程序消耗了80%的運(yùn)行時(shí)間，因而我們要改進(jìn)效率，最主要是考慮改進(jìn)那20%的代碼。

　　嵌入式C程序中主要使用在線匯編，即在C程序中直接插入_asm{ }內(nèi)嵌匯編語(yǔ)句：

　　/* 把兩個(gè)輸入?yún)?shù)的值相加，結(jié)果存放到另外一個(gè)全局變量中 */

　　int result;

　　void Add（long a， long *b）

　　{

　　_asm

　　{

　　MOV AX， a

　　MOV BX， b

　　ADD AX， ［BX］

　　MOV result， AX

　　}

　　}

　　利用硬件特性

　　首先要明白CPU對(duì)各種存儲(chǔ)器的訪問(wèn)速度，基本上是：

　　CPU內(nèi)部RAM　》　外部同步RAM　》　外部異步RAM　》　FLASH/ROM

　　對(duì)于程序代碼，已經(jīng)被燒錄在FLASH或ROM中，我們可以讓CPU直接從其中讀取代碼執(zhí)行，但通常這不是一個(gè)好辦法，我們最好在系統(tǒng)啟動(dòng)后將FLASH或ROM中的目標(biāo)代碼拷貝入RAM中后再執(zhí)行以提高取指令速度；

　　對(duì)于UART等設(shè)備，其內(nèi)部有一定容量的接收BUFFER，我們應(yīng)盡量在BUFFER被占滿后再向CPU提出中斷。例如計(jì)算機(jī)終端在向目標(biāo)機(jī)通過(guò)RS-232傳遞數(shù)據(jù)時(shí)，不宜設(shè)置UART只接收到一個(gè)BYTE就向CPU提中斷，從而無(wú)謂浪費(fèi)中斷處理時(shí)間；

　　如果對(duì)某設(shè)備能采取DMA方式讀取，就采用DMA讀取，DMA讀取方式在讀取目標(biāo)中包含的存儲(chǔ)信息較大時(shí)效率較高，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇菈K，而所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是從設(shè)備直接送入內(nèi)存的（或者相反）。DMA方式較之中斷驅(qū)動(dòng)方式，減少了CPU 對(duì)外設(shè)的干預(yù)，進(jìn)一步提高了CPU與外設(shè)的并行操作程度。

　　活用位操作

　　使用C語(yǔ)言的位操作可以減少除法和取模的運(yùn)算。在計(jì)算機(jī)程序中數(shù)據(jù)的位是可以操作的最小數(shù)據(jù)單位，理論上可以用“位運(yùn)算”來(lái)完成所有的運(yùn)算和操作，因而，靈活的位操作可以有效地提高程序運(yùn)行的效率。舉例如下：

　　/* 方法1 */

　　int i，j;

　　i = 879 / 16;

　　j = 562 % 32;

　　/* 方法2 */

　　int i，j;

　　i = 879 》》 4;

　　j = 562 - （562 》》 5 《《 5）;

　　對(duì)于以2的指數(shù)次方為“*”、“/”或“%”因子的數(shù)學(xué)運(yùn)算，轉(zhuǎn)化為移位運(yùn)算“《《 》》”通?？梢蕴岣咚惴ㄐ?。因?yàn)槌顺\(yùn)算指令周期通常比移位運(yùn)算大。

　　C語(yǔ)言位運(yùn)算除了可以提高運(yùn)算效率外，在嵌入式系統(tǒng)的編程中，它的另一個(gè)最典型的應(yīng)用，而且十分廣泛地正在被使用著的是位間的與（）、或（|）、非（~）操作，這跟嵌入式系統(tǒng)的編程特點(diǎn)有很大關(guān)系。我們通常要對(duì)硬件寄存器進(jìn)行位設(shè)置，譬如，我們通過(guò)將AM186ER型80186處理器的中斷屏蔽控制寄存器的第低6位設(shè)置為0（開中斷2），最通用的做法是：

　　#define INT_I2_MASK 0x0040

　　wTemp = inword（INT_MASK）;

　　outword（INT_MASK， wTemp ~INT_I2_MASK）;

　　而將該位設(shè)置為1的做法是：

　　#define INT_I2_MASK 0x0040

　　wTemp = inword（INT_MASK）;

　　outword（INT_MASK， wTemp | INT_I2_MASK）;

　　判斷該位是否為1的做法是：

　　#define INT_I2_MASK 0x0040

　　wTemp = inword（INT_MASK）;

　　if（wTemp INT_I2_MASK）

　　{

　　… /* 該位為1 */

　　}

　　上述方法在嵌入式系統(tǒng)的編程中是非常常見的，我們需要牢固掌握。

　　總結(jié)

　　在性能優(yōu)化方面永遠(yuǎn)注意80-20準(zhǔn)備，不要優(yōu)化程序中開銷不大的那80%，這是勞而無(wú)功的。

　　宏定義是C語(yǔ)言中實(shí)現(xiàn)類似函數(shù)功能而又不具函數(shù)調(diào)用和返回開銷的較好方法，但宏在本質(zhì)上不是函數(shù)，因而要防止宏展開后出現(xiàn)不可預(yù)料的結(jié)果，對(duì)宏的定義和使用要慎而處之。很遺憾，標(biāo)準(zhǔn)C至今沒(méi)有包括C++中inline函數(shù)的功能，inline函數(shù)兼具無(wú)調(diào)用開銷和安全的優(yōu)點(diǎn)。

　　使用寄存器變量、內(nèi)嵌匯編和活用位操作也是提高程序效率的有效方法。

　　除了編程上的技巧外，為提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，我們通常也需要最大可能地利用各種硬件設(shè)備自身的特點(diǎn)來(lái)減小其運(yùn)轉(zhuǎn)開銷，例如減小中斷次數(shù)、利用DMA傳輸方式等。

　　如何選擇一個(gè)ARM品牌核心處理器操作系統(tǒng)

　　ARM公司是世界最大的半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，擁有全球近200家半導(dǎo)體公司的客戶。目前，80%的GSM手機(jī)，99%的CDMA手機(jī)，以及未來(lái)3G手機(jī)也都是采用基于ARM核的嵌入式處理器。提供研究分析信息的機(jī)構(gòu)Gartner Inc，2003年6月份統(tǒng)計(jì)，2002年ARM在全球半導(dǎo)體IP供應(yīng)商中排名第一，占市場(chǎng)份額的19.8%，銷售收入達(dá)1.8億美圓，比2001年增長(zhǎng)10%。

　　目前，除了像TI OMAP， Intel的Xscale和Motorola的IMX系列這樣的移動(dòng)終端處理器采用ARM核外，也還有象Samsung， Atmel， Sharp， OKI和Philip等半導(dǎo)體公司設(shè)計(jì)一些通用ARM核的處理器，可以廣泛應(yīng)用在各種嵌入式系統(tǒng)，現(xiàn)在在市場(chǎng)上看到比較多的有S3C44B0， 4510，2410，AT91系列和Intel PXA255等。

　　ARM處理器是32位設(shè)計(jì)，同時(shí)也配置了16位指令集，軟件可以以16位編碼與等價(jià)32位代碼相比，占用的存儲(chǔ)器空間可以節(jié)省約35%。ARM處理器目前有ARM7， ARM9， ARM9E， ARM10， ARM11系列產(chǎn)品和來(lái)自合作伙伴Intel Xscale和Strong ARM系列ARM7，適合于中低端的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、終端、各種通用型的嵌入式應(yīng)用和工業(yè)控制等領(lǐng)域。ARM9適合于智能手機(jī)、PDA和先進(jìn)的控制管理和儀器儀表應(yīng)用。Intel Xscale系列產(chǎn)品提供了高性能價(jià)格比、低功耗、適用于智能無(wú)線終端、PDA、家庭網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)器設(shè)備等應(yīng)用。

　　嵌入式操作系統(tǒng)是ARM CPU重要的軟件基礎(chǔ)

　　從8位/16位單片機(jī)發(fā)展到以ARM CPU核為代表的32位嵌入式處理器，嵌入式操作系統(tǒng)將替代傳統(tǒng)的由手工編制的監(jiān)控程序或調(diào)度程序，成為重要的基礎(chǔ)組件。嵌入式操作系統(tǒng)可以提供ARM CPU核和外設(shè)的設(shè)備管理，如核的初始化、MMU（內(nèi)存管理單元）、定時(shí)器、中斷、串口、SPI、GPIO、以太網(wǎng)、圖形接口等，嵌入式操作系統(tǒng)提供任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理、中斷處理、同步互斥機(jī)制、文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)功能，更重要的一點(diǎn)是嵌入式操作系統(tǒng)對(duì)應(yīng)用程序可以起到屏蔽的作用，讓應(yīng)用程序員面向操作系統(tǒng)級(jí)開發(fā)應(yīng)用軟件，并易于在不同的基于ARM核的嵌入式處理器上移植。

　　嵌入式操作系統(tǒng)都一般具有一定的實(shí)時(shí)性，易于裁剪和伸縮，可以適合于從ARM7到Xscale各種ARM CPU和各種檔次的應(yīng)用，嵌入式操作系統(tǒng)可以使用廣泛流行的ARM開發(fā)工具，如ARM公司的SDT/ADS和Real View、IAR EW等也可以使用開源的軟件，如GCC/GDB、KDE或Eclipe開發(fā)環(huán)境，市場(chǎng)上還有商業(yè)廠商的專用的開發(fā)工具，如Tornado、μC/View、μC/KA、CODE/Lab、Metroworks等。

　　本文就目前國(guó)內(nèi)在ARM CPU上廣泛采用的三種嵌入式操作系統(tǒng)做個(gè)分析，μC/OS-II、μCLinux和嵌入式Linux。后兩種同屬于Linux，前者是針對(duì)沒(méi)有MMU的微處理器，如ARM7 TDMI核，后者可適用于絕大多數(shù)有MMU的微處理器中，如ARM920T，當(dāng)然，文章也會(huì)涉及到其它支持ARM CPU的嵌入式操作系統(tǒng)。

　　μC/OS-II嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核

　　由Jean Labrosse先生著，邵貝貝老師翻譯的《嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II》先后由電力出版社（第一版）和航空航天大學(xué)出版社出版（第二版）發(fā)行了近萬(wàn)冊(cè)，相信有數(shù)以千計(jì)的學(xué)生、老師和工程師正在使用μC/OS-II，在過(guò)去的一年中（2003），在《電子產(chǎn)品世界》、《電子設(shè)計(jì)應(yīng)用》和《單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》等雜志和各種學(xué)術(shù)會(huì)議上的有μC/OS-II相關(guān)論文就有幾十余篇。全世界數(shù)百種設(shè)備已經(jīng)在使用μC/OS-II，包括如手機(jī)、路由器、不間斷電源、飛行器、醫(yī)療設(shè)備和工業(yè)控制設(shè)備，在中國(guó)也已經(jīng)有包括香港權(quán)智，首科希電，安控科技在內(nèi)的10余家公司購(gòu)買了產(chǎn)品授權(quán)。

　　μC/OS-II已經(jīng)有ARM7TDMI、ARM9和Strong ARM等各種ARM CPU的移植，支持包含Atmel、Hynix、Intel、Motorola、Philips、Samsung、Sharp等公司的ARM核的CPU。μC/OS-II的移植也相當(dāng)容易，與CPU相關(guān)的代碼包裝在三個(gè)文件中，os_cpu.h，os_cpu_a.asm，os_cpu_c.c，而且Jean Labrosse先生的應(yīng)用筆記AN-1011和AN-1012對(duì)ARM7、AN-1337對(duì)ARM9的移植過(guò)程都做了詳細(xì)的說(shuō)明。

　　μC/OS-II有60余個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，覆蓋任務(wù)、定時(shí)器、信號(hào)量、事件標(biāo)志、郵箱、隊(duì)列和內(nèi)存管理，已經(jīng)包含了傳統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核（如PSOS，VRTX）的功能，還支持互斥型信號(hào)量（Mutual Exclusion Semaphone），這是90年代的嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核，如Vxworks和VRTXsa才有的技術(shù)。

　　μC/OS-II因?yàn)槭强蓳屨嫉膶?shí)時(shí)內(nèi)核，所以μC/OS-II與商業(yè)嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核在性能上沒(méi)有什么差異，μC/OS-II沒(méi)有用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)，任務(wù)（線程）或中斷和任務(wù)切換的響應(yīng)可以很快，主要是和不同的ARM CPU相關(guān)的。最新的2.7x版本還增加了算法以避免在移植中修改OSINTCEXSW（）中的堆棧指針。這樣可以保證μC/OS-II在不同的CPU上運(yùn)行更穩(wěn)定，移植更方便。

　　總之，μC/OS-II是一個(gè)非常容易學(xué)習(xí)（有一本很好的講解很清楚的書），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，適合于各種嵌入式應(yīng)用以及大專院校教學(xué)和科研。

　　μC/OS-II目前除了內(nèi)核外還有商業(yè)化文件系統(tǒng)μC/FS，圖形系統(tǒng)μC/GUI以及任務(wù)調(diào)試工具μC KA和μC View，但是μC/OS-II自己目前還沒(méi)有TCP/IP（有計(jì)劃）如果需要，可以購(gòu)買商用的TCP/IP，如InterNiche （www.iniche.com），但價(jià)格還是很貴，免費(fèi)的TCP/IP項(xiàng)目如LWIP （http://www.sics.se/~adam/lwip/），但無(wú)論在功能還是穩(wěn)定性與商業(yè)代碼無(wú)法比擬，這可能也是目前μC/OS-II的弱點(diǎn)。

　　最后需要說(shuō)明，μC/OS-II不是免費(fèi)軟件，任何人學(xué)習(xí)使用μC/OS-II需要購(gòu)買《嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II》一書，使用了μC/OS-II的產(chǎn)品需要購(gòu)買產(chǎn)品生產(chǎn)授權(quán)，購(gòu)買了此授權(quán)的還可以得到開發(fā)期間的技術(shù)支持和升級(jí)服務(wù)。

　　μCLinux操作系統(tǒng)

　　μCLinux是Linux小型化后，適合于沒(méi)有MMU的微處理器芯片而裁剪成的小型化Linux操作系統(tǒng)，在ARM CPU系列中，ARM7 TDMI，ARM940T等ARM核的CPU產(chǎn)品，如果希望使用Linux操作系統(tǒng)，只能用μCLinux，當(dāng)然，μCLinux也支持Motorola Dragonball， Coldfire等其它中低端嵌入式處理器。

　　μCLinux保持了傳統(tǒng)Linux操作系統(tǒng)的主要特性，包括穩(wěn)定、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)和文件系統(tǒng)的支持，μCLinux裁剪了大量的Linux內(nèi)核以縮小尺寸，適合象512k RAM，1M Flash這樣小容量，低成本的嵌入式系統(tǒng)。

　　μCLinux的項(xiàng)目是由Linux 2.0.38內(nèi)核開始的，第一個(gè)項(xiàng)目是Motorola 68EZ328，目前已經(jīng)有2.4 Linux支持的一些移植的版本，如S3C2500， 44B0等ARM芯片，這些，你可以在μCLinux的官方網(wǎng)站www.uclinux.org上找到，μCLinux近期主要是在發(fā)展各種2.4.x版本的移植，以期跟上Linux社會(huì)主流的發(fā)展趨勢(shì)（因?yàn)榻衲闘inux 2.6將開始成為主流的內(nèi)核）。

　　μCLinux系統(tǒng)小型化的另一個(gè)重要原因是采用了μCLib庫(kù)替代Linux的Glib庫(kù)，使用μCLib可以大大減少應(yīng)用程序的代碼尺寸，對(duì)于中小型嵌入式應(yīng)用，μCLib功能可以滿足需要，所以目前即使是某些采用Linux 2.4內(nèi)核的嵌入式LINUX系統(tǒng)也采用μCLib庫(kù)的做法。μCLinux中，由于沒(méi)有內(nèi)存保護(hù)機(jī)制，應(yīng)用代碼一般采用靜態(tài)連接的方式，而且在μCLinux中采用Flat文件執(zhí)行格式（Linux是Coff或Elf格式）， μCLinux和應(yīng)用代碼都可以支持固化，存儲(chǔ)在Flash存儲(chǔ)介質(zhì)中，不需象Linux需要經(jīng)過(guò)一次Flash到RAM的拷貝。所有這些，使得μCLinux更象傳統(tǒng)意義上的嵌入式操作系統(tǒng)。

　　μCLinux主要是針對(duì)沒(méi)有MMU的嵌入式處理器開發(fā)設(shè)計(jì)，那么它也失去了有MMU所帶來(lái)的Linux操作系統(tǒng)的特色，比如，上面已經(jīng)提到的靜態(tài)加載（Linux支持動(dòng)態(tài)應(yīng)用的加載），μCLinux對(duì)內(nèi)存操作是直接的物理內(nèi)存，這樣，任何程序的異常都可能導(dǎo)致內(nèi)核崩潰，μCLinux采用Vfovk（），支持多進(jìn)程，但需要父子進(jìn)程協(xié)調(diào)同步，μCLinux的文件系統(tǒng)相對(duì)比較陳舊，支持的CPU和參考設(shè)計(jì)還比較少，社區(qū)的發(fā)展和維護(hù)也相對(duì)緩慢。更重要的是，在國(guó)內(nèi)外沒(méi)有一家軟件公司有商業(yè)化的μCLinux軟件產(chǎn)品和服務(wù)支持，目前μCLinux官方網(wǎng)站還很少看見象IBM、Intel這樣的巨型公司身影，只有2~3家小型的硬件或方案提供商，這對(duì)于商業(yè)化的產(chǎn)品開發(fā)中采用是有一定的風(fēng)險(xiǎn)。

　　嵌入式Linux操作系統(tǒng)

　　我們這里要討論的是可以嵌入在ARM CPU上的，有MMU功能的Linux操作系統(tǒng)，也可以稱是嵌入式Linux操作系統(tǒng)。芬蘭學(xué)生Linux Torvalds在91年寫完第一個(gè)Linux版本時(shí)，怎樣也無(wú)法想象到今天Linux在全世界范圍被廣泛注目和應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)作為L(zhǎng)inux應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，由于它的廣泛性和多樣化正在迅速發(fā)展。

　　和微軟的軟件不一樣，Linux不是由一家公司所擁有、維護(hù)開發(fā)的，Linux在市場(chǎng)有多種發(fā)行版本，所有發(fā)行版本都包含一樣的Linux內(nèi)核、基本工具和應(yīng)用，不同的發(fā)行版本主要是在附加的工具鏈、應(yīng)用、配置以及各種內(nèi)核補(bǔ)丁上有所不同。嵌入式Linux主要是在實(shí)時(shí)性增強(qiáng)、內(nèi)核精簡(jiǎn)和裁減、支持多種CPU結(jié)構(gòu)（如ARM CPU）等方面做了改進(jìn)和提高。

　　使用Linux在嵌入式系統(tǒng)中有兩種途徑。

　　第一是用戶自己裝配（稱為DIY內(nèi)核），你可以在www.kernel.org找到全部Linux代碼，或直接到ARM CPU的源代碼樹下www.ARMLinux.org.uk找到你需要的Linux版本在ARM下的移植，或者某些半導(dǎo)體公司，如三星、Motorola也在自己的網(wǎng)站或銷售自己的ARM評(píng)估板的時(shí)候送給一張CD，里面含有一個(gè)可以支持他們?cè)u(píng)估板的最小Linux內(nèi)核系統(tǒng)。如果這個(gè)最小內(nèi)核沒(méi)有包含GCC/GDB工具鏈，你可能還要到GNU的網(wǎng)站下載全部的源代碼，然后再編譯生成你需要版本的ARM工具鏈和應(yīng)用程序庫(kù)，這個(gè)過(guò)程是相當(dāng)耗時(shí)和困難的。還需要指出，這種DIY內(nèi)核的配置，添加應(yīng)用和驅(qū)動(dòng)程序也是不標(biāo)準(zhǔn)的和復(fù)雜的，這是嵌入式系統(tǒng)的特殊性所在，比如說(shuō)，有的基于ARM的應(yīng)用是網(wǎng)絡(luò)上的小型互連設(shè)備，他需要多個(gè)以太網(wǎng)、USB主機(jī)、小型的NOR Flash文件系統(tǒng)，而一個(gè)ARM手持終端，它關(guān)心的是LCD的觸屏、紅外或藍(lán)牙的接口、USB用戶端、快速的啟動(dòng)，動(dòng)態(tài)的電源管理和NADA FLASH，這樣，你就需要在數(shù)十家Linux相關(guān)網(wǎng)站下載各種補(bǔ)丁，應(yīng)用和工具，把它們和你拿到的這個(gè)內(nèi)核進(jìn)行反復(fù)的編譯和調(diào)試，確信它們之間以及它們?cè)谀闼玫腁RM CPU硬件評(píng)估板上是穩(wěn)定可靠工作的，這個(gè)過(guò)程是在沒(méi)有任何技術(shù)支持下完成的。當(dāng)然，如果可以從某家半導(dǎo)體公司或開源的網(wǎng)站能夠得到“最小內(nèi)核”，它所包含的組件（如驅(qū)動(dòng)、應(yīng)用和文件系統(tǒng)）和你的應(yīng)用近似，而且代碼是可靠的，或者你及時(shí)正確得到Linux網(wǎng)友的指導(dǎo)，那么你是幸運(yùn)的。據(jù)說(shuō)，有一個(gè)著名的電信設(shè)備制造商花了2年的時(shí)間和150萬(wàn)美圓在一個(gè)項(xiàng)目中開發(fā)自己的Linux，而且最后還不得不停止了。

　　第二是選擇一個(gè)商業(yè)的嵌入式Linux操作系統(tǒng)平臺(tái)。商業(yè)化的嵌入式Linux版本是針對(duì)嵌入式處理器，如ARM所優(yōu)化設(shè)計(jì)的，已經(jīng)支持了各種半導(dǎo)體廠家的評(píng)估板和主要的設(shè)備驅(qū)動(dòng)，商業(yè)化的嵌入式Linux包含了文件系統(tǒng)、應(yīng)用、實(shí)時(shí)性擴(kuò)展和技術(shù)支持培訓(xùn)服務(wù)，現(xiàn)今國(guó)外著名的商業(yè)化嵌入式Linux產(chǎn)品有：MontaVista Linux， Bluecat Linux， TImesys Linux， Metrowork Linux（原Lineo）， Vlinux（韓國(guó)）和Redhat Linux等，國(guó)內(nèi)也有紅旗、中軟、新華嵌入式Linux。

　　MontaVista Linux是MontaVista軟件公司于99年推出的，它是目前全球最優(yōu)秀的嵌入式Linux操作系統(tǒng)和工具供應(yīng)商，MontaVista在嵌入式Linux的實(shí)時(shí)性、交叉開發(fā)工具、高可用性、動(dòng)態(tài)電源管理等Linux技術(shù)要點(diǎn)方面具有世界領(lǐng)先地位。

　　MontaVista Linux最版本是3.1，采用Linux 2.4.20，針對(duì)8種CPU系列（包含ARM和Xscale）優(yōu)化定制的商業(yè)化版本，包含了最新O（1）實(shí)時(shí)調(diào)度器，可搶占的內(nèi)核，微秒級(jí)的高分辨定時(shí)器，基于Eclipse的DevRocket開發(fā)環(huán)境，支持應(yīng)用、內(nèi)核和文件系統(tǒng)（固化）的配置和調(diào)試，以及測(cè)試和分析工具，純Windows， Linux和Solaris開發(fā)主機(jī)，80余種評(píng)估板和應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)支持。

　　選擇象MontaVista Linux這樣商業(yè)化嵌入式Linux，可以讓用戶把時(shí)間和資金放在應(yīng)用軟件和特定的硬件接口和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，使用商業(yè)嵌入式Linux，可以得到一定時(shí)間（一般是1年）的技術(shù)支持，升級(jí)和培訓(xùn)（這很重要，因?yàn)長(zhǎng)inux是每天都在變化的）。

　　商業(yè)嵌入式Linux目前除國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品外，價(jià)格還是很昂貴的，根據(jù)配置和服務(wù)時(shí)間，大約從幾千到幾萬(wàn)美圓，多數(shù)國(guó)內(nèi)用戶從資金和心理上還很難承受，商業(yè)嵌入式Linux開發(fā)工具相對(duì)于Microsoft和象Tornado/VXWORK的開發(fā)工具，在易于使用和豐富性方面還待于提高和改進(jìn)。

　　同作為L(zhǎng)inux操作系統(tǒng)，我是推薦使用帶有MMU 的 Linux ，而不是μCLinux，因?yàn)榻^大多數(shù)新的ARM CPU 都是AMR9核，他們都帶有MMU 了，無(wú)論是開放源碼的LINUX 社區(qū)還是商業(yè)的嵌入式LINUX 公司的支持和維護(hù)都比μCLinux，要好，快和豐富的多。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　前面我們對(duì)三種在ARM CPU上較為流行的嵌入式操作系統(tǒng)作了詳細(xì)的分析，在進(jìn)入一個(gè)總結(jié)之前，我還想提到幾個(gè)在國(guó)際上很有名氣的嵌入式操作系統(tǒng)，它們是Windriver公司的Vxworks、ATI的Nucleus、日本人的iTron和WinCE。

　　Windriver的Vxworks在兩三年前曾經(jīng)是最具影響力的嵌入式操作系統(tǒng)，幾乎主要的通信設(shè)備制造商都是采用PowerPC+Vxworks這種組合，但是在ARM CPU上，Vxworks的應(yīng)用并不多見；ATI的Nucleus（現(xiàn)在已經(jīng)是Mentor的嵌入式部門）曾經(jīng)作為最有名氣的源代碼、沒(méi)有版稅的嵌入式操作系統(tǒng)而在北美和亞洲臺(tái)灣流行，最成功的設(shè)計(jì)范例是各種GSM移動(dòng)電話，Nucleus只是一個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核，用戶需要再購(gòu)買它的TCP/IP，GUI，文件系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)才能形成一個(gè)功能完整的嵌入式系統(tǒng)，這使它在近些年失去了優(yōu)勢(shì)；日本人的iTron是在日本幾乎家喻戶曉的嵌入式內(nèi)核，標(biāo)準(zhǔn)的編程接口、低廉的價(jià)格（1~3千美圓）、沒(méi)有版稅、支持幾乎所有的CPU（尤其是支持很多日本的CPU），但在除日本之外，iTron好象毫無(wú)建樹；微軟的WinCE，幾乎所有高端PDA都是采用它，它們使用的是 Xscale或ARM9這樣的CPU，但微軟只是關(guān)心有產(chǎn)量象PC一樣巨大的嵌入式設(shè)備制造商，所以他并沒(méi)有把自己的WinCE象Linux一樣易于移植到不同的CPU和增加設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，微軟更愿意象Windows一樣自己把所有事情做好，你只是拿去用好了，如果你沒(méi)有相當(dāng)?shù)募?jí)別，很難獲得它的個(gè)性化定制服務(wù)。

　　最后我們歸納一下選擇一個(gè)合適的ARM CPU的嵌入式操作系統(tǒng)的幾個(gè)重要因素。

　　第一是應(yīng)用。如果你想開發(fā)的嵌入式設(shè)備是一個(gè)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用密切相關(guān)或者就是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，那么你應(yīng)該選擇用嵌入式Linux或者μCLinux，而不是μC/OS-II，因?yàn)長(zhǎng)inux不僅為你集成了TCP/IP協(xié)議，還有很豐富的其它網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如DHCP Server，PPPoe，webserver等等。

　　第二是實(shí)時(shí)性。沒(méi)有一個(gè)絕對(duì)的數(shù)字可以告訴你什么是硬實(shí)時(shí)，什么是軟實(shí)時(shí)，它們之間的界限也是十分模糊的，這與你選擇什么樣的ARM CPU，它的主頻，內(nèi)存等參數(shù)有一定的關(guān)系，象Intel Xscale這樣的處理器，即使配合普通Linux的內(nèi)核，內(nèi)核的搶占延時(shí)最壞情況也只有1.743毫秒，而99.9%的情況是1.42毫秒，而如果你使用加入實(shí)時(shí)補(bǔ)丁等技術(shù)的嵌入式Linux如MontaVista Linux（2.4.17版本內(nèi)核），最壞的情況只有436微秒，而99.9%的情況是195微秒，上面的數(shù)字以及考慮到最新的Linux在實(shí)時(shí)性方面的改進(jìn)（如低延時(shí)O（1）調(diào)試器，微秒級(jí)的高分辨率POSIX定時(shí)器），嵌入式Linux可以適合于90~95%的各種嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。當(dāng)然，你如果希望更高數(shù)量級(jí)的實(shí)時(shí)響應(yīng)，如高速的A/D轉(zhuǎn)換需要幾個(gè)微秒以內(nèi)的中斷延時(shí)，要求一個(gè)毫秒級(jí)沒(méi)有DMA方式的異步串行實(shí)時(shí)處理器等類似的應(yīng)用，可能是采用μC/OS-II是合適的。當(dāng)然，你采用象Vxworks這樣傳統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)也可以滿足這樣的強(qiáng)實(shí)時(shí)性要求。

　　第三是開發(fā)工具。坦言說(shuō)，目前μC/OS-II、μCLinux和嵌入式Linux的開發(fā)工具與商業(yè)嵌入式操作系統(tǒng)工具還有一些差距，目前在ARM CPU上廣泛流行和使用的是ARM公司SDT/ADS工具鏈，產(chǎn)品無(wú)論在功能、穩(wěn)定性和眾多的第三方廠商支持方面，都很好，唯一不足的是缺少對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)的支持，SDT/ADS的升級(jí)產(chǎn)品RealView計(jì)劃支持GCC和嵌入式Linux，但目前還沒(méi)有看到，μC/OS-II可以使用ARM SDT/ADS，但沒(méi)有OS調(diào)試功能。如果希望支持OS調(diào)試，可以使用IAR或Nohan調(diào)試器，μCLinux的調(diào)試除GDB外還有第三方調(diào)試器，并配合Cygwin形成Windows環(huán)境下μCLinux開發(fā)環(huán)境，象Aiji的 Spider和Micetek 的Hitool。

　　第四是你所選擇的ARM CPU和參考板，象ARM7TDMI和ARM940T（如S3C2500/2510）核是不能使用嵌入式Linux（MMU），如果你想用Linux，只能用μCLinux，如果你想用Vxworks，你需要了解一下提供評(píng)估板的公司是否有BSP（板支持包），Vxworks自己只有少數(shù)ARM公司評(píng)估板的支持。

　　最后是價(jià)格和技術(shù)服務(wù)。中國(guó)工程師的薪水大約是歐美日等國(guó)的十分之一，所以在考慮購(gòu)買商業(yè)嵌入式操作系統(tǒng)時(shí)，會(huì)遇到是買還是自己做的問(wèn)題，這是很正常的，尤其是在采用開放源代碼技術(shù)時(shí)，這個(gè)問(wèn)題就就更加突出。有一點(diǎn)需要注意的是，有些產(chǎn)品如Vxworks是既按用戶數(shù)（有License保護(hù)鎖）收取開發(fā)費(fèi)，也按你產(chǎn)品售出的實(shí)際數(shù)量收取每個(gè)Vxworks軟件運(yùn)行的版稅。μC/OS-II只是收取每種產(chǎn)品一次性版稅（不限數(shù)量）。Nucleus和Threadx是一次性收取開發(fā)加上生產(chǎn)的費(fèi)用。Linux無(wú)論是μCLinux還是嵌入式Linux（即使是商業(yè)版本象MontaVista Linux）是不收版稅的，商用嵌入式Linux是以服務(wù)費(fèi)或訂閱方式收取開發(fā)時(shí)的費(fèi)用。很明顯，國(guó)外產(chǎn)品價(jià)格是貴一些（主要是他們?nèi)肆Τ杀靖撸?，但不能不承認(rèn)他們?cè)谇度胧讲僮飨到y(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在了前方。值得提醒大家的是在ARM開發(fā)工具和評(píng)估板的眾多國(guó)內(nèi)供應(yīng)商中，有不少已經(jīng)做了開放源碼操作系統(tǒng)的移植和示范性的Demo，但應(yīng)該注意他們多數(shù)不具有維護(hù)和支持操作系統(tǒng)平臺(tái)的能力和經(jīng)驗(yàn)，過(guò)多地依賴他們是有風(fēng)險(xiǎn)的。

　　品種眾多，價(jià)格適宜的ARM CPU加上開放源碼嵌入式操作系統(tǒng)為中國(guó)嵌入式系統(tǒng)和設(shè)備制造商的發(fā)展創(chuàng)造了一個(gè)有利的時(shí)機(jī)，正確迅速地使用這些技術(shù)，可以加快我們具有競(jìng)爭(zhēng)力的新一代電子產(chǎn)品上市的時(shí)間和提高產(chǎn)品的檔次。