嵌入式環境中Nucleus到Linux的程序移植方案

　　設計解析

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

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

　　由于在Linux操作系統看來，只存在一個虛擬設備，因此，在文件系統中，向用戶空間提供的接口必然統一，用戶進程不必考慮設備和驅動的完整一致性，使用戶進程的設計簡單干凈。驅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動程序用來注冊中斷處理函數，并負責將中斷信號分發至各處理函數。這不僅滿足了各驅動程序的中斷要求，也解決了Linux系統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動管理模塊的設計上，驅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:實現驅動動態加載的功能，為各驅動程序提供注冊的統一接口，實現各驅動程序的配置和初始化，負責檢查各設備和驅動、各設備之間和各驅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至各驅動程序。而以上列舉的驅動管理模塊應完成的功能，在Nucleus中，實現各驅動程序的配置和初始化，負責檢查各設備和驅動、各設備之間和各驅動之間的合法性和一致性等功能是已經完成的。

　　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核空間及內核空間返回用戶空間時的上下文切換，性能顯著提高。

　　2)底層驅動為用戶空間提供了統一的驅動接口，簡化了用戶進程的設計。各驅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動態加載模塊功能的有效利用，有效節約了嵌入式系統中有限的內存。

　　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軟件的移植工作，且系統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操作系統中，移植到Linux操作系統后的結果來看，方案可行、廉價、高效。