基于AT91SAM9260的智能保密柜設計方案

　　該系統(tǒng)由內向外可分操作系統(tǒng)層、任務層和硬件電路層三層，如圖3所示。嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)軟硬件資源的控制中心，它組織多個任務共享嵌入式系統(tǒng)的資源。常見的嵌入式實時操作系統(tǒng)有Window CE，VxWorks，μC/OS-Ⅱ，Linux等，后兩種操作系統(tǒng)免費公開源代碼。

　　2.1 嵌入式操作系統(tǒng)方案選擇

　　為了選擇合適的嵌入式操作系統(tǒng)，本文對開源的μC/OS-Ⅱ與Linux操作系統(tǒng)的進程調度、文件系統(tǒng)支持和系統(tǒng)移植等因素進行了分析比較，因為這是設計、應用、移植嵌入式操作系統(tǒng)中的關鍵。

　　(1)進程調度

　　進程調度是操作系統(tǒng)協(xié)調調度系統(tǒng)中多任務對計算機系統(tǒng)內部資源的爭奪使用。作為實時操作系統(tǒng)，μC/OS-Ⅱ采用可剝奪型實時多任務內核，它在任何時候都運行已就緒的最高優(yōu)先級任務。μC/OS-Ⅱ最多可以支持64個任務，它通過就緒任務表尋找最高優(yōu)先級任務，并進行任務切換。

　　Linux操作系統(tǒng)則每隔一定時間掛起進程，同時系統(tǒng)產(chǎn)生快速和周期性的時鐘計時中斷，通過調度函數(shù)決定調用的進程。Linux操作系統(tǒng)每個進程的task_struct結構中有調度策略、靜態(tài)優(yōu)先級、動態(tài)優(yōu)先級、時間片、實時優(yōu)先級等5個參數(shù)，Linux根據(jù)調度策略區(qū)分實時進程和普通進程，實時進程優(yōu)先于普通進程運行。Linux操作系統(tǒng)對于同一類型的不同進程，采用不同的標準來選擇進程：

　　①普通進程調度。當調度策略的值為SCHED_OTHER時，為普通用戶進程，Linux采用動態(tài)優(yōu)先調度標準，選擇進程的依據(jù)是進程time_sli-ce的值。

　　②實時進程調度。對手實時進程，Linux采用了兩種調度策略，即先來先服務調度和時間片輪轉調度。當調度策略的值為SCHED_FIFO時，選用先來先服務調度規(guī)則。當調度策略的值為SCHED_RR時，選用時間片輪轉調度規(guī)則，即時間片用完則釋放CPU，進程排到等待隊列末尾。

　　(2)文件系統(tǒng)

　　文件系統(tǒng)負責存取和管理文件信息。在嵌入式系統(tǒng)里，常見的文件系統(tǒng)有YAFFS，JFFS2，CramFS，RamFS，Ramdisk等。

　　μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)本身沒有對文件系統(tǒng)的支持，雖然μC/OS-Ⅱ具有良好的擴展性能，如果需要也可自行擴展對文件系統(tǒng)的支持，但畢竟會增加開發(fā)工作量。

　　Linux操作系統(tǒng)則具有完善的文件系統(tǒng)，并且具有網(wǎng)絡優(yōu)勢，可以方便地支持網(wǎng)絡文件系統(tǒng)且內嵌TCP/IP協(xié)議，這為Linux開發(fā)網(wǎng)絡接入設備提供了便利。

　　(3)操作系統(tǒng)的移植

　　嵌入式操作系統(tǒng)必須經(jīng)過移植才能夠在不同的微處理器上運行。μC/OS-Ⅱ和Linux都提供了開源代碼，其結構化設計也便于裁剪，所以它們都能夠移植到新的處理器平臺。

　　①μC/OS-Ⅱ的移植。移植μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)，目標處理器必須滿足以下要求：處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重入代碼，且用C語言就可以打開和關閉中斷;處理器有足夠的存儲容量作為多任務環(huán)境下的任務堆棧;處理器具備將堆棧指針和寄存器讀出和存儲到堆棧或內存中的指令。所以μC/OS-Ⅱ的移植只需根據(jù)以上要求修改不同處理器之間的相關代碼。

　　②Linux的移植。

　　首先進行系統(tǒng)初始化：關閉Watchdog，改變系統(tǒng)時鐘，初始化存儲控制器，將操作系統(tǒng)內核復制到內存中。這一系列操作稱作BootLoa-der，通常移植U-boot來實現(xiàn)BootLoader的功能;其次進行Linux內核移植：下載內核源代碼，對內核進行裁剪配置，編譯內核生成鏡像文件，下載到目標板;最后進行文件系統(tǒng)的移植：生成根文件系統(tǒng)目錄，移植Busybox，生成鏡像文件，下載到目標板。綜上所述，μC/OS-Ⅱ和Linux二者都具有開源碼和滿足較高的實時性要求。μC/OS-Ⅱ是一種結構小巧的實時操作系統(tǒng)，其內核提供任務調度與管理、時間管理、任務間同步與通信、內存管理和中斷服務等功能，最小內核可編譯至2 kB，全部功能編譯后內核也僅占6～10 KB。雖然μC/OS-Ⅱ執(zhí)行效率高，占用空間小，實時性能優(yōu)良，可擴展性能強，但μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)缺少對文件系統(tǒng)的支持，所以μC/OS-Ⅱ適用于存儲資源比較有限的應用場合和小的控制系統(tǒng)。然而Linux具有多任務、可定制內核、完善的網(wǎng)絡通信、圖形及文件管理機制，可支持大量的外圍硬件設備等功能，其性能高效穩(wěn)定，開發(fā)及移植環(huán)境良好。鑒于該系統(tǒng)需完成多種任務控制和文件管理，且存儲資源充裕，也考慮到以后的網(wǎng)絡擴展，所以選用了Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)。