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        Nucleus嵌入式程序到Linux的移植方案

        作者: 時間:2013-10-09 來源:網絡 收藏
        引言

        是單一地址空間操作系統的一種,作為商業化的嵌入式操作系統產品,曾被廣泛使用。在MIPS架構中,其操作系統和用戶程序完全工作在內核模式,且只占用和訪問0x80000000以上的線性地址空間。因此,在中,操作系統和用戶程序工作在線性地址空間中,且用戶程序與內核服務之間沒有明顯的區分,進入內核服務更像是調用API(ApplicatiON Program Interface)而不需要上下文切換。其優點是限制少,編程方便,但系統健壯性差。

        Linux操作系統因其開放性和穩定性等優點,近年來為越來越多的嵌入式設計方案所采用。它有著嚴格的內核模式和用戶模式的區別,在MIPS架構中,用戶模式只能訪問0x80000000以下的空間,內核模式可以訪問所有的空間,而在任何模式下訪問0x80000000以下的空間時,都介由TLB(Translation Lookaside Buffer)進行虛擬專有地址到物理地址的映射。因此,各用戶進程運行在各自虛擬地址空間內,而非線性地址空間,用戶進程在進入內核服務時,將以軟中斷的方式進行并伴隨著上下文切換。其優點是系統穩定健壯,但系統設計需要遵守特定的約束。

        光纖環行網監控記費系統PMON(Packet Over SONET Monitor)是華中科技大學電信系與美國Combrio公司合作的項目。系統完成OC48光纖環形網上的數據抓取并轉發至12個千兆快速以太網口,支持基于規則的流分類、負載均衡和NETFOLW計費。PMON的軟件架構在MIPS下的操作系統中已成功實現,現將PMON的軟件架構由Nucleus移植到Linux中,便要面臨從單一模式(內核模式),單一地址空間到多模式(內核模式和用戶模式),多地址空間的問題,本文就此提出了一種高效,廉價的方案。

        PMON在Nucleus中的設計實現

        圖1描述了PMON軟件架構在Nucleus操作系統中的實現,其中主要包括各硬件驅動程序,硬件驅動層的一個統一接口,一個負責各驅動程序初始化、配置及一致性檢查的模塊,一個中斷服務接口,各應用程序或進程及操作系統本身。各模塊的劃分只是程序在邏輯上的分割,它們都處于同一線性地址空間中,可以視作一個二進制程序塊,將這個架構及程序移植到多地址空間的Linux操作系統中時,便需要考慮各模塊應工作在什么地址空間及什么工作模式下。

        圖1 Nucleus中的

        PMON在Linux中的傳統解決方案

        Linux中的傳統

        圖2描述了在Linux操作系統中PMON軟件的傳統設計架構。由于接口已被Linux操作系統所規范,程序的設計工作集中在驅動模塊,負責各驅動程序初始化、配置及一致性檢查的模塊,及各應用程序。

        各驅動程序處于Linux的內核層,各自對Linux的中斷管理模塊申請中斷。各驅動程序直接掛載于Linux的設備管理模塊,從而通過Linux的文件系統對用戶層提供各自的驅動管理、應用接口,驅動的配置和一致性檢查等模塊將置于用戶層中,同處于用戶層的還有各用戶進程。

        圖2 Linux中的傳統

        性能分析

        以上描述的程序設計,符合Linux架構下設計的一般原則,結構清晰。驅動程序掛載在Linux的設備管理模塊上,可以利用Linux的Module特性,動態加載和卸載驅動,這對于支持熱插拔的系統非常有利。

        linux操作系統文章專題:linux操作系統詳解(linux不再難懂)

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        關鍵詞: 程序架構 Nucleus linux

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