Nucleus PLUS介紹

今天在公司看到VIA的CBP系列CDMA手機(jī)方案用到了Nucleus +OS，說實(shí)話還是第一次聽說，所以查了些資料，引用別人的總結(jié)做個(gè)百科小文，原文鏈接如下：

http://www.upsdn.net/html/2005-01/250.html

一、Nucleus PLUS嵌入式操作系統(tǒng)的簡單介紹

Nucleus PLUS嵌入式操作系統(tǒng)是目前最受歡迎的操作系統(tǒng)之一，是美國源代碼操作系統(tǒng)商ATI公司為實(shí)時(shí)嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一個(gè)搶先式多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核，其95％的代碼是用ANSIC寫成的，因此非常便于移植并能夠支持大多數(shù)類型的處理器。

從實(shí)現(xiàn)角度來看，Nucleus PLUS 是一組C函數(shù)庫，應(yīng)用程序代碼與核心函數(shù)庫連接在一起，生成一個(gè)目標(biāo)代碼，下載到目標(biāo)板的RAM中或直接燒錄到目標(biāo)板的ROM中執(zhí)行。

Nucleus Plus內(nèi)核在典型的CISC體系結(jié)構(gòu)上占據(jù)大約20k空間，而在典型的RISC體系結(jié)構(gòu)上占據(jù)空間為40k左右，其內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)占據(jù)1.5k字節(jié)的空間。Nucleus Plus以其實(shí)時(shí)響應(yīng)、搶先、多任務(wù)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(luò)、POS、自動(dòng)化控制、智能家電等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

Nucleus PLUS 采用了軟件組件的方法。每個(gè)組件具有單一而明確的目的，通常由幾個(gè)C及匯編語言模塊構(gòu)成，提供清晰的外部接口，對組件的引用就是通過這些接口完成的。除了少數(shù)一些特殊情況外，不允許從外部對組件內(nèi)的全局進(jìn)行訪問。由于采用了軟件組件的方法，Nucleus PLUS各個(gè)組件非常易于替換和復(fù)用。Nucleus PLUS的組件包括任務(wù)控制、內(nèi)存管理、任務(wù)間通信、任務(wù)的同步與互斥、中斷管理、定時(shí)器及I/O驅(qū)動(dòng)等。

二、Nucleus具有的優(yōu)點(diǎn)：

1、提供源代碼

Nucleus PLUS提供注釋嚴(yán)格的C源級代碼給每一個(gè)用戶。這樣，用戶能夠深入地了解底層內(nèi)核的運(yùn)作方式，并可根據(jù)自己的特殊要求刪減或改動(dòng)系統(tǒng)軟件，這對軟件的規(guī)范化管理及系統(tǒng)軟件的測試都有極大的幫助。另外，由于提供了RTOS的源級代碼，用戶不但可以進(jìn)行 RTOS 的學(xué)習(xí)和研究，而且產(chǎn)品在量產(chǎn)時(shí)也不必支付 License，可以省去大量的費(fèi)用。對于軍方來說，由于提供了源代碼，用戶完全可以控制內(nèi)核而不必?fù)?dān)心操作系統(tǒng)中可能會存在異常任務(wù)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

2、性價(jià)比高

Nucleus PLUS由于采用了先進(jìn)的微內(nèi)核 ( Micro-kernel ) 技術(shù)，因而在優(yōu)先級安排，任務(wù)調(diào)度，任務(wù)切換等各個(gè)方面都有相當(dāng)大的優(yōu)勢。另外，對C++語言的全面支持又使得Nucleus PLUS 的 Kernel 成為名副其實(shí)的面向?qū)ο蟮膶?shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核。然而，其價(jià)格卻比較合理。所以，容易被廣大的研發(fā)單位接受。

3、易學(xué)易用

Nucleus PLUS 能夠結(jié)合 Paradigm，SDS以及 ATI自己的多任務(wù)調(diào)試器組成功能強(qiáng)大的集成開發(fā)環(huán)境，配合相應(yīng)的編譯器和動(dòng)態(tài)聯(lián)結(jié)庫以及各類底層驅(qū)動(dòng)軟件，用戶可以輕松地進(jìn)行 RTOS 的開發(fā)和調(diào)試。另外，由于這些集成開發(fā)環(huán)境 ( IDE ) 為所有的開發(fā)工程師所熟悉，因而，容易學(xué)習(xí)和使用。

4、功能模塊豐富

Nucleus PLUS除提供功能強(qiáng)大的內(nèi)核操作系統(tǒng)外，還提供種類豐富的功能模塊。例如用于通訊系統(tǒng)的局域和廣域網(wǎng)絡(luò)模塊，支持圖形應(yīng)用的實(shí)時(shí)化Windows模塊，支持Internet網(wǎng)的WEB產(chǎn)品模塊，工控機(jī)實(shí)時(shí)BIOS模塊，圖形化用戶接口以及應(yīng)用軟件性能分析模塊等。用戶可以根據(jù)自己的應(yīng)用來選擇不同的應(yīng)用模塊。

Nucleus PLUS的RTOS內(nèi)核可支持如下類型的CPU：x86,68xxx,68HCxx,NEC V25, ColdFire, 29K,i960, MIPS, SPARClite, TI DSP, ARM6/7, StrongARM, H8/300H, SH1/2/3, PowerPC, V8xx, Tricore, Mcore, Panasonic MN10200, Tricore, Mcore等。可以說NUCLEUS+是支持CPU類型最豐富的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。針對各種嵌入式應(yīng)用，Nucleus PLUS 還提供相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（如TCP/IP，SNMP等），以滿足用戶對通訊系統(tǒng)的開發(fā)要求。另外，可重入的文件系統(tǒng)、可重入的C函數(shù)庫以及圖形化界面等也給開發(fā)者提供了方便。針對不同的CPU類型，Nucleus 還提供編譯器、動(dòng)態(tài)連接庫、多任務(wù)調(diào)試器等相應(yīng)的工具來配置用戶的開發(fā)環(huán)境。

值得提出的是ATI公司最近還發(fā)表了基于Microsoft Developers Studio的嵌入式集成開發(fā)環(huán)境－NUCLEUS EDE。從而率先將嵌入式開發(fā)工具與Microsoft的強(qiáng)大開發(fā)環(huán)境結(jié)合起來，提供給工程師們強(qiáng)大的開發(fā)手段。

三、 源代碼帶來的優(yōu)勢眾所周知，Nucleus實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)提供給用戶源代碼。

這除商務(wù)上給用戶帶來巨大益處（免交Royalty）外，還在技術(shù)方面給用戶極大的方便，即無需編寫和調(diào)試BSP，從而達(dá)到易學(xué)易用的目的，加速產(chǎn)品上市。對RTOS有一定知識的工程師一定清楚，使用RTOS最大的障礙在于編寫和調(diào)試BSP。大家知道，在調(diào)試目標(biāo)系統(tǒng)的軟件之前，必須將目標(biāo)與主機(jī)連接起來并建立通訊。為此，我們可以編寫一段監(jiān)控程序（Monitor）。然而，如果要調(diào)試基于RTOS內(nèi)核的程序，主機(jī)上的調(diào)試器（Debugger）除要與目標(biāo)建立通訊外，更重要的是必須識別RTOS的任務(wù)，這樣才能進(jìn)行任務(wù)級調(diào)試（Task-aware Debugger）。因此，只有Monitor是不夠的。如果我們選用的RTOS不提供源代碼，那么，主機(jī)上的調(diào)試器（Debugger）就只有通過用戶編寫的BSP來了解Kernel在現(xiàn)有硬件平臺上對各個(gè)任務(wù)進(jìn)行調(diào)度的情況。顯然，編寫BSP必須對CPU目標(biāo)系統(tǒng)的硬件以及應(yīng)用軟件等有全面而深入的了解。一般說來，對于一個(gè)有一定硬件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的工程師來說，編寫一個(gè)新的BSP要花的平均時(shí)間為兩個(gè)月左右。這對于一個(gè)新手來說可是比較困難的。對于編寫BSP的工程師來說，另外一個(gè)更大的挑戰(zhàn)就是如何調(diào)試BSP，即如何驗(yàn)證所編寫的BSP是否正確。通常剛剛焊接安裝好的PCB板中，硬件或軟件的故障（Bugs）是比較多的。甚至更常見的是CPU部分都沒有運(yùn)作正常。有時(shí)時(shí)序錯(cuò)誤和總線錯(cuò)誤都還存在。在您把寫好的BSP燒入EPROM（或FLASH）中試圖將目標(biāo)與主機(jī)建立聯(lián)系時(shí)，您幾乎100%地會發(fā)現(xiàn)根本無法通訊，眼前一團(tuán)漆黑，不知是軟件有錯(cuò)誤還是硬件不運(yùn)轉(zhuǎn)。BSP在正常運(yùn)行嗎？不得而知。在焦急和摸索中您可能發(fā)現(xiàn)幾個(gè)月已悄然而過。對于早期的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來說，BSP是必由之路。然而，新一代的RTOS-Nucleus PLUS則避免了BSP帶來的痛苦過程。因?yàn)?/span>Nucleus的調(diào)試是基于全新的動(dòng)態(tài)連接庫（DLL）。用戶只須通過監(jiān)控程序（Monitor）或者BDM調(diào)試口（或者JTAG調(diào)試口）建立目標(biāo)系統(tǒng)（Target）與主機(jī)（Host）之間的通訊，并給主機(jī)上的Debugger初始化特性中加入Nucleus的動(dòng)態(tài)連接庫（DLLs），這時(shí)，調(diào)試器就能夠自動(dòng)地去識別運(yùn)行在目標(biāo)系統(tǒng)中的Nucleus內(nèi)核和各個(gè)應(yīng)用任務(wù)，從而完成任務(wù)級調(diào)試。上述的動(dòng)態(tài)連接庫（DLLs）是由RTOS廠商和Debugger廠商合作完成的，用戶無須自行編寫。因此，Nucleus的用戶只需要將精力放在基于Nucleus的編程工作中。對于一個(gè)新手，往往經(jīng)過一天到兩天的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，就可以投入到應(yīng)用程序編制工作中去，無需花大量的時(shí)間去研究CPU，特定的硬件等。

另外，由于有了源程序，用戶在調(diào)試程序時(shí)可以清楚地通過STEP INTO命令，追蹤到RTOS的內(nèi)層中去，觀看和學(xué)習(xí)Kernel對任務(wù)的管理和調(diào)度機(jī)制。對于有志研究RTOS深層技術(shù)的工程師來說極為方便。對于Motorola 68K和PowerPC，用戶可以利用GreenHill公司的Mutil調(diào)試器或TRACE-ICD來完成Nucleus PLUS的調(diào)試；對于ARM和StrongARM，用戶可以利用ARM公司的SDT251調(diào)試器或TRACE-ICD來完成Nucleus PLUS的調(diào)試；對于Intel x86實(shí)模式，用戶可以利用Paradigm公司的調(diào)試器及其DLL來進(jìn)行任務(wù)級調(diào)試；對于Intel x86保護(hù)模式則可以利用SSI公司Softprobe調(diào)試器和SSI DLL來調(diào)試；對于i960，SH3/4，ARM6/7，MIPS等芯片，則可以使用ATI公司自己的UDB調(diào)試器來進(jìn)行任務(wù)的調(diào)試。結(jié)論：動(dòng)態(tài)連接庫（DLL）是在RTOS工具中新出現(xiàn)的應(yīng)用趨勢，通過這種方式，用戶可以免去BSP帶來的麻煩，靈活方便地進(jìn)行開發(fā)和調(diào)試，大大加速開發(fā)進(jìn)度。Nucleus實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提供源代碼，支持豐富的CPU種類，配合各類DLL動(dòng)態(tài)連接庫，為使用和研究RTOS技術(shù)的工程帶來極大的利益。

 進(jìn)行ARM系列的開發(fā)需要大量的設(shè)備投入，另外如果做比較大型的系統(tǒng)，還必須要操作系統(tǒng)，購買一個(gè)好的操作系統(tǒng)也是需要幾十萬元。ARM的應(yīng)用層研發(fā)可以建立在C，C＋＋及其他的大多數(shù)開發(fā)語言上，這對于軟件公司來說是很方便的，只要準(zhǔn)備好硬件及操作系統(tǒng)，其他的工作就可以分模塊給N個(gè)人來進(jìn)行。而對于底層的東西，ARM公司也可以有比較大力度的支持，因此如果需要用ARM系列開發(fā)高端產(chǎn)品，可行性是比較高的，開發(fā)周期也不會很長。當(dāng)然，對于arm芯片，還是有一定的限制，比如沒有除法指令，這樣在編程時(shí)就要盡量避免用除法，否則會帶來程序代碼的增加和執(zhí)行速度的降低。一般說，除法還是可以通過移位和乘法來代替。


另外，好久沒上來碼字了，上周結(jié)束失業(yè)，估計(jì)金融危機(jī)對我的影響暫時(shí)結(jié)束一下了吧。