Nucleus Plus在嵌入式系統(tǒng)應用

浮生 2009-11-02

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Nucleus Plus在嵌入式系統(tǒng)應用

2009-07-07 09:55

Nucleus Plus是美國源代碼操作系統(tǒng)商ATI公司推出的新一代嵌入式操作系統(tǒng)，屬于搶先式實時多任務操作系統(tǒng)內核， 95%的代碼使用ANSI C編寫，非常便于移植于各種處理器家族。從實現(xiàn)的角度講，不同于傳統(tǒng)嵌入式開發(fā)，Nucleus Plus是以函數(shù)庫的形式鏈接到目標應用程序中，形成可執(zhí)行目標代碼，下載到目標板上或燒到ROM/FLASH ROM 中去執(zhí)行。Nucleus Plus內核在典型的CISC體系結構上占據(jù)大約20k空間，而在典型的RISC體系結構上占據(jù)空間為40k左右，其內核數(shù)據(jù)結構占據(jù)1.5k字節(jié)的空間。Nucleus Plus以其實時響應、搶先、多任務以及源代碼開放特性獲得在通訊、國防、工業(yè)控制、航空/航天、鐵路、網(wǎng)絡、POS、自動化控制、智能家電等領域的廣泛應用。

　　Nucleus Plus內核技術

　　ATI公司使用一種叫做軟件組件的方法。所謂軟件組件，就是具有明確目的或用途的由1個或數(shù)個C語言/匯編源文件的一段非獨立執(zhí)行應用程序，且每個組件都提供一個定義好的外部接口，必須通過外部接口來使用組件。訪問組件內的全局數(shù)據(jù)結構是被禁止的。使用了組件方法，軟件組件既易于更新也易于重用。Nucleus Plus軟件組件通常由定義數(shù)據(jù)類型、常量以及外部接口的INCLUDE 頭文件和一個或多個C語言/匯編源文件組成。Nucleus Plus 提供如下組件：任務控制管理、內存管理、定時器管理、中斷、系統(tǒng)診斷、I/O驅動管理等共16個組件如下：

　　Nucleus Plus Kernel：
　　Common Service Component（CS）
　　Initialization Component（IN）
　　Tread Control Component（TC）
　　Timer Component（TI）
　　Mailbox Component（MB）
　　Pipe Component（PI）
　　Semaphore Component（SM）
　　Event Flag Component（EV）
　　Partition Component（PM）
　　Queue Component（QM）
　　Dynamic Memory Component（DM）
　　I/O Component（I/O）
　　History Component（HI）
　　Error Component（ER）
　　License Component （LI）
　　Release Component（RL）

　　Nucleus Plus 除了其功能強大的內核外，還提供了面向INTERNET、TCP/IP、WEB瀏覽器、圖形以及文件系統(tǒng)的軟件包，參閱圖1。

　　Nucleus Plus 開發(fā)

　　1.Nucleus Plus 定制

　　Nucleus Plus 也能根據(jù)目標板的需要進行裁剪和定制，生成適合目標系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，盡量少占系統(tǒng)內存。OS定制完成后，將其鏈接到目標應用程序，成為目標應用程序的一部分。在典型的CISC體系結構的目標板上，它占用約20K 左右的空間，而在RISC體系結構的目標板上占用約40K左右的空間。一般地，Nucleus Plus 足以滿足絕大多數(shù)的嵌入式應用。ATI公司提供了一個名為BUILD_LI．BAT或PLUS．BAT的批處理文件，用戶可以刪剪其中的模塊，更改相關的選項或開關，執(zhí)行該文件生成與目標相關的操作系統(tǒng)，也就是根據(jù)系統(tǒng)需要生成定制的操作系統(tǒng)。需要注意的是，該批處理文件的內容與開發(fā)工具有關。

　　2.開發(fā)方案

　　Nucleus Plus可以結合Paradigm、SDS以及ATI的多任務調試器組成功能強大的集成開發(fā)環(huán)境，配合相應的編譯器（Borland c/c++ 編譯器、Turbo c/c++ 編譯器或者Microsoft c/c++編譯器）和動態(tài)鏈接庫以及各類底層驅動軟件就可以滿足嵌入式應用的開發(fā)。

　　3.開發(fā)流程

　　用Nucleus Plus 開發(fā)嵌入式應用程序，一般遵循如下步驟：

　　* 如果有必要，應對低級系統(tǒng)初始化文件．INT進行修改，使之符合目標板的需要。如中斷向量、I/O地址、時鐘頻率等。

　　* 定義Application _Initialize（）函數(shù)。該函數(shù)在啟動系統(tǒng)之前先執(zhí)行。注意的是要把NUCLEUS．H頭文件包括在目標應用程序中，以便利用Nucleus Plus 的服務。

　　* 定義應用程序的任務。如果調用Nucleus Plus 的服務，要把NUCLEUS．H包含進去。

　　* 編譯/匯編所有的應用程序軟件，并且包含系統(tǒng)低級初始化文件．INT。

　　* 鏈接．INT和所有的應用程序目標文件、Nucleus Plus庫文件以及相關的開發(fā)工具庫。

　　* 把生成的最終目標代碼下載或燒到目標板上執(zhí)行。

　　4.Nucleus Plus 初始化

　　Nucleus Plus 分三個層次的初始化，即：系統(tǒng)低級初始化Int-Initialize（）、系統(tǒng)高級初始化Inc-Initialize（）和應用程序初始化Application_Initialize（），初始化之后便進入Nucleus Plus 的任務調度循環(huán)。各個初始化函數(shù)任務見表1。

　　表1：Nucleus Plus 初始化表

　　5.Nucleus MNT

　　Nucleus MNT是為軟件開發(fā)者設計的，在WIN95/NT下構筑Nucleus Plus嵌入式應用的原型（Prototyping）環(huán)境。它通過兩個庫來實現(xiàn)，即針對目標環(huán)境的庫和針對Win95/NT開發(fā)環(huán)境的庫。開發(fā)時，應用程序代碼可以不變，僅僅替換掉MNT庫，使用交叉開發(fā)工具包重構目標環(huán)境下的可執(zhí)行目標代碼，請看圖2。

　　6.開發(fā)注意事項

　　嵌入式開發(fā)在內存需求、任務管理等方面存在著特殊性，因此，開發(fā)中對以下方面要額外加以注意。

　　* 任務饑荒

　　任務優(yōu)先級的分配要合理，否則會導致系統(tǒng)中的一些任務一直不斷地在運行而另一些任務永遠得不到運行，引起饑荒。

　　* 死鎖

　　系統(tǒng)資源的分配要合理，否則會引起兩個或多個任務為競爭某一系統(tǒng)資源而處于無限掛起現(xiàn)象。

　　* 內存

　　* 內存泄露

　　內存分配過程中要盡量避免碎片并且要注意及時回收。

　　* 內存節(jié)約

　　* 默認情況下，Nucleus Plus，在高級初始化函數(shù)Inc_Initialize（）中。調用其它函數(shù)初始化它所提供的所有特征的數(shù)據(jù)結構中，有些特征用戶目標應用程序可能用不到，為此，要去掉不必要的函數(shù)調用。

　　* 改變Nucleus．H中NU_MAX_LISRS的大小，它定義的是目標處理器的最大中斷向量數(shù)。

　　* 改變TC_DEFS．H中TC_PRIORITIES的大小。它定義了任務的優(yōu)先級數(shù)。Nucleus Plus 能支持256個優(yōu)先級。

　　* HISR棧共享。

　　* TCD．C中禁止查詢表TCD_LOWEST_SET_BIT的RAM拷貝。

　　* 使用一個更小的INT選項。

　　結束語

　　由于Nucleus Plus 的模塊化、可靠、重用、開放、易用以及安全等特性使得它成為嵌入式應用開發(fā)的理想平臺，尤其是關系到國計民生的領域，如航空/航天、軍隊、國防等方面。