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| 实时操作系统分析以及比较 | |||||
| 作者：佚名 文章来源：21control 点击数： 更新时间：2005-12-26 | |||||
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说起好坏吗，其实，vxWorks要好一些，可能;不知道以前国内研究所一直用的VRTX是不是都被vxworks所替代了呢。据说因为VRTX是最早商业化的RTOS，60年代就开始卖了，所以呢，全是汇编，改都改不过来，还有就是对TCP/IP的支持一直不好，vxWorks是从VRTX公司出来的人做的，号称make VrtX Works!，所以就有了vxWorks的名字。 nuclear是卖源代码的，而且不卖licence，就是说，你设计了一台路由器，生产的时候不用为你的每一台路由器都付30美圆的licence费用给nuclear的那个公司。 QNX和WinCE都似乎更注重于GUI图形界面方面的东西，当然，QNX好象还号称在别的方面也很出色，它是一家加拿大的公司做的。QNX我曾经有一张DEMO盘，1.44M的小盘，用它启动，就能够实现图形界面和MODEM拨号上网。（偶现在懒得去找那张DEMO盘了，实在想要就发个mail给我，偶去找来给你，在学校FTP那个应该也是，我没用过）但是请别以为QNX就是用在一般DESKTOP PC机上的啊。QNX是在X86体系上面开发出来的，这和别的RTOS不一样，别的好多RTOS都是从68K的CPU上面开发成熟，然后再移植到X86体系上面来的（对68K不熟悉？这在嵌入式开发里面用的很广泛啊，motorola公司的，VME上面用的太多了），但是QNX就是直接在X86上面开发的然后近年才在68K等CPU上面能用。WinCE么，刚出来的时候还是soft realtime，不是hard realtime，（不知道这个概念？在那本“入门书”上面有！），所以一开始的时候大家就很鄙视WinCE，觉得。。。//hehe。。。但是，你看看现在WinCE那浩大声势？哈哈 pSOS吗，和vxWorks一起，是最最成熟的RTOS啦，打个比方，用pSOS和vxWorks来开发路由器、交换机、大型电讯设备、卫星通讯设备、航天器、军事控制设备，那是最合适的啦，您知道吗，有些东西是不能死锁的，稳定性是第一位的，比如747掉下来就死翘翘了:)当然啦，还有系统硬件设计上面的问题，比如双机热备份冗余设计之类的，不然电话交换机一坏，电讯局就整天挨批啦！那么QNX和WinCE呢，用来设计机顶盒、手持设备（手掌电脑、手机）、GPS设备（？）之类的需要漂漂界面的地方。 以上介绍的都是要卖钱的RTOS，估摸着您一般会买不起:( 穷人的RTOS在哪里？ucOS就是了，免费的，在学校FTP站点有人放过，不过好象不全；支持好多单片机、甚至支持DSP!还有eCOS在学校FTP也有热心人下好了，但是可惜不支持X86。免费的还有好几种呢，一种是美国军方以前用的叫什么了（RTEMS？错了）有几个站点，比如www.ucos-ii.com还有。。忘了！你如果IP能出国，去那个叫Alxxxx的搜索引擎找找看，比yahoo好多了！Yahoo上面也有那个Alxxxx的连接。 RTOS在全世界有好几百种，很多大公司都有自己的RTOS，lucent的还是免费的呢。 高性能但是又不用钱的RTOS，呜呜，象linux那样？看来我们是该想点办法了啊。 其实一个实用的RTOS，除了本身OS核心的性能要好之外，还有开发工具的好坏、编译器、调试器之类的，调过单片机程序的哥们一定很有感触吧。更重要的还有现在日新月异的各种新技术要往RTOS上面加。。。比如tcp/ip以及这么多的新的网络协议（比如internet 2？）,web/browser,java（呵呵，不能叫“新”了） 那么多RTOS，你会问，我们怎么办呢？其实学了一种，别的也就大同小异了。还有一个概念就是，应用层的程序和RTOS之间用一个虚拟的接口接起来，以后无论你移植到哪个RTOS都方便得很，而且软件可以在虚拟的接口上面先调试，在硬件板子还没有出来之前软件就可以先调试了。开发RTOS和使用RTOS是两件事。使用RTOS开发的应用程序和RTOS是一起烧进FLSH芯片里面去使用，相当于你使用了RTOS厂商的BIN代码。 实时Linux与其它RTOS的比较 本文对四种实时操作系统(RTOS)特性进行分析和比较。它们是：Lynx实时系统公司的LynxOS、QNX软件系统有限公司的QNX以及两种具有代表性的实时Linux——新墨西哥工学院的RT－Linux和堪萨斯大学的KURT－Linux。 近年来，实时操作系统在多媒体通信、在线事务处理、生产过程控制、交通控制等各个领域得到广泛的应用，因而越来越引起人们的重视。 基本特征概述 ＊ QNX是一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时操作系统。它遵循POSIX.1(程序接口)和POSIX.2 (Shell和工具)、部分遵循POSIX.1b(实时扩展)。它最早开发于1980年，到现在已相当成熟。 ＊LynxOS是一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时操作系统，它遵循POSIX.1a、POSIX.1b和POSIX.1c标准。它最早开发于1988年。 ＊ RT－Linux是一个嵌入式硬实时操作系统，它部分支持POSIX.1b标准。 ＊KURT－Linux不是为嵌入式应用设计的，不同于硬(hard)实时／软(soft)实时应用，他们提出“严格(firm)”实时应用的概念，如一些多媒体应用和ATM网络应用，KURT是为这样一些应用设计的“严格的”实时系统。 体系结构异同 实时系统的实现多为微内核体系结构，这使得核心小巧而可靠，易于ROM固化，并可模块化扩展。微内核结构系统中，OS服务模块在独立的地址空间运行，所以，不同模块的内存错误便被隔离开来。但它也有弱点，进程间通信和上下文切换的开销大大增加。相对于大型集成化内核系统来说，它必须靠更多地进行系统调用来完成相同的任务。 ＊QNX是一个微内核实时操作系统，其核心仅提供4种服务：进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理，其进程在独立的地址空间运行。所有其它OS服务，都实现为协作的用户进程，因此QNX核心非常小巧(QNX4.x大约为12Kb)而且运行速度极快。 ＊LynxOS目前还不是一个微内核结构的操作系统，但它计划使用所谓的“Galaxy”技术将其从大型集成化内核改造成微内核，这一技术将在LynxOS 3.0中引入。新的28Kb微内核提供以下服务：核心启动和停止、底层内存管理、出错处理、中断处理、多任务、底层同步和互斥支持。 ＊RT－Linux实现了一个小的实时核心，仅支持底层任务创建、中断服务例程的装入、底层任务通信队列、中断服务例程(ISR)和Linux进程。原来的非实时Linux核心作为一个可抢先的任务运行于这个小核心之上，所有的任务都在核心地址空间运行。它不同于微内核和大型内核，属于实时EXE (realtime executive)体系结构。其可靠性和可维护性对电信服务系统来说都不够理想。 ＊KURT－Linux核心包括两个部分：内核和实时模块。内核负责实时事件的调度，实时模块为用户进程提供特定的实时服务。它不属于微内核结构。 调度策略分析 任务调度策略是直接影响实时性能的因素。尽管调度算法多种多样，但大多由单调率算法(RM)和最早期限优先算法(EDF)变化而来。前者主要用于静态周期任务的调度，后者主要用于动态调度，在不同的系统状态下两种算法各有优劣。在商业产品中采用的实际策略常常是各种因素的折中。 QNX 提供POSIX.1b标准进程调度： ＊ 32个进程优先级； ＊ 抢占式的、基于优先级的正文切换； ＊ 可选调度策略：FIFO、轮转策略、适应性策略。 LynxOS 其调度策略为： ＊ LynxOS支持线程概念，提供256个全局用户线程优先级； ＊硬实时优先级调度：在每个优先级上实现了轮转调度、定量调度和FIFO调度策略； ＊ 快速正文切换和阻塞时间短； ＊ 抢占式的RTOS核心。 RT－Linux 在操作系统之下实现了一个简单的实时核心，Linux本身作为一个可抢占的任务在核内运行，优先级最低，随时会被高优先级任务抢占。 ＊ 用户可自行编写调度程序，它们可实现为可加载的核心模块； ＊ 已实现的调度程序有：基于优先级的抢占式调度和EDF调度； ＊ 基于优先级的调度使用“单调率算法”，它直接支持周期任务。 KURT－Linux 可运行在两种状态之下：通常状态和实时状态。在通常状态下，所有进程都可以运行，但某些核心服务将带来中断屏蔽的不可预期性。实时模式只允许实时进程运行。 ＊ 支持FIFO调度策略、轮转调度策略和UNIX分时调度策略； ＊增加了SCHED－KURT调度策略，这是一种静态调度策略，使用一个特殊的调度文件记录预先定义好的待调度进程的参数。 从以上简略描述可以看出，前三种调度策略实现较规范，特别是两种商业RTOS，遵循或部分遵循POSIX.1b实时调度标准。 操作系统服务比较 QNX的系统服务： ＊多种资源管理器，包括各种文件系统和设备管理，支持多个文件系统同时运行，包括提供完全POSIX.1及UNIX语法的POSIX文件系统，支持多种闪存设备的嵌入式文件系统，支持对多种文件服务器(如Windows NT/95、LAN Manager等)的透明访问的SMB文件系统、DOS文件系统、CD－ROM文件系统等。 ＊ 设备管理。在进程和终端设备间提供大吞吐量、低开销接口服务。 ＊ 图形／窗口支持。包括QNX Windows、X Window System for QNX、对MS Windows NT/95和X Window系统的远程图形连接。 ＊ TCP/IP for QNX。 ＊高性能、容错型QNX网络——FLEET，使得所有连入网络的计算机变成一个逻辑上的超级计算机。 ＊透明的分布式处理。FLEET网络处理与消息传递和进程管理原语的集成，将本地和网络IPC统一起来，使得网络对IPC而言是透明的。 LynxOS的系统服务： ＊ 网络和通信。由于使用UNIX/POSIX API，Lynx很适合于数据通信和Internet应用。又由于系统的开放性，网络软件很容易移植到Lynx上。同样，Lynx亦提供关键的电话通信协议，使之适用于电信系统的基础架构、操作和多媒体应用。 ＊ TCP/IP协议栈。Lynx自带优化的TCP/IP协议栈，提供高性能服务，如TCP头预测、高级路由算法、IP级多址广播和链路级高速缓冲。 ＊ Internet工具。包括，Telnet、Ftp、tftp、PPP、SLIP、实时调度的嵌入式Java虚拟机、嵌入式HTTP server、bootp、ARP/RARP、DNS域名服务、电子邮件、Perl、电话通信协议等。 ＊ SVR3流。LynxOS流机制为开发和移植基于流的驱动程序和应用提供了核心支持。 ＊文件系统。实时的类UNIX层次结构文件系统：连续结构文件、带缓冲／不带缓冲、原始分区和原始设备访问。 ＊ 基于Motif的图形用户接口。 ＊ 分布式计算资源。SCMP与VME总线上的多处理结合，PCI桥服务、CompactPCI Hot－swap Services、Lynx/HA－DDS分布式数据系统。 Linux的系统服务： 近来，很多基于Linux的实时应用被开发出来，它具有成熟和丰富的资源。 ＊ UNIX用户的开发工具和应用软件都被移植到Linux上。 ＊ TCP/IP网络协议。 ＊ 各种Internet客户/服务端软件。 ＊ X Window。 ＊ C/C＋＋、Java等语言编译器。 上述系统的共同点是都提供了图形界面、各种网络支持等必要工具。QNX是一个更加符合传统“分布式”概念的操作系统，目标是把整个局域网变成一个大的超级计算机，使得网络的存在对用户透明，文件系统提供的服务也很丰富。但是，分布式的程度越高也意味着系统开销的增大。LynxOS则着意于提供丰富的网络服务，而Linux的最大优势则是经济，还可以通过新闻组或mailing list快速地解决用户碰到的任何问题。 系统开放性对比 对于很多大、中型系统来说，大多数软件都是为UNIX平台编写的，因此RTOS是否提供POSIX/UNIX API就显得很重要。 QNX的开放性： ＊ QNX的POSIX兼容性和其提供的UNIX特色的编译器、调试器、X Window和TCP/IP都是UNIX程序员所熟悉的。 ＊ 支持多种CPU：AMD ElanSC300/310/400/410、Am386 DE/SE、Cyrix MediaGX、x86处理器(386以上)、Pentium系列、STMicroelectronics 的STPC。 ＊ 多种总线：CompactPCI、EISA、ISA 、MPE (RadiSys)、STD、STD 32、PC/104、PC/104－Plus、PCI、PCMCIA、VESA、VME。 ＊ 各种外设：多种SCSI设备、IDE/EIDE驱动器、10M/100M以太网卡、Token Ring网卡、FDDI接口卡、多种PCMCIA设备、闪存、声卡等等。 LynxOS的开放性： ＊ POSIX.1a、1b、1c及BSD4.4等兼容性，使得遵循POSIX 1003或用于UNIX的程序很容易移植到LynxOS上。 ＊支持多种CPU主板：包括CompactPCI(6U/3U)和标准PCI、VME/Eurobus、PC/104和PC/AT硬件等。 ＊各种外设适配器：10/100BaseT Ethernet、SCSI接口、单／多通道串行控制器、单／双工并行口、时钟、计时器、IDE接口、高分辨率显示适配器等。 Linux的开放性： ＊ 用户可得到UNIX的全部开发工具。 ＊ 可使用市场上便宜又常见的硬件。 通过分析，可以看到以上系统各有优势，因此，在平台搭造过程中，用户应根据自己的实际需要并结合性能价格比进行选择。 |
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