基于A(yíng)T91SAM9260的智能保密柜設計方案

　　該系統由內向外可分操作系統層、任務(wù)層和硬件電路層三層，如圖3所示。嵌入式操作系統是嵌入式系統軟硬件資源的控制中心，它組織多個(gè)任務(wù)共享嵌入式系統的資源。常見(jiàn)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統有Window CE，VxWorks，μC/OS-Ⅱ，Linux等，后兩種操作系統免費公開(kāi)源代碼。

　　2.1 嵌入式操作系統方案選擇

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

　　(1)進(jìn)程調度

　　進(jìn)程調度是操作系統協(xié)調調度系統中多任務(wù)對計算機系統內部資源的爭奪使用。作為實(shí)時(shí)操作系統，μC/OS-Ⅱ采用可剝奪型實(shí)時(shí)多任務(wù)內核，它在任何時(shí)候都運行已就緒的最高優(yōu)先級任務(wù)。μC/OS-Ⅱ最多可以支持64個(gè)任務(wù)，它通過(guò)就緒任務(wù)表尋找最高優(yōu)先級任務(wù)，并進(jìn)行任務(wù)切換。

　　Linux操作系統則每隔一定時(shí)間掛起進(jìn)程，同時(shí)系統產(chǎn)生快速和周期性的時(shí)鐘計時(shí)中斷，通過(guò)調度函數決定調用的進(jìn)程。Linux操作系統每個(gè)進(jìn)程的task_struct結構中有調度策略、靜態(tài)優(yōu)先級、動(dòng)態(tài)優(yōu)先級、時(shí)間片、實(shí)時(shí)優(yōu)先級等5個(gè)參數，Linux根據調度策略區分實(shí)時(shí)進(jìn)程和普通進(jìn)程，實(shí)時(shí)進(jìn)程優(yōu)先于普通進(jìn)程運行。Linux操作系統對于同一類(lèi)型的不同進(jìn)程，采用不同的標準來(lái)選擇進(jìn)程：

　?、倨胀ㄟM(jìn)程調度。當調度策略的值為SCHED_OTHER時(shí)，為普通用戶(hù)進(jìn)程，Linux采用動(dòng)態(tài)優(yōu)先調度標準，選擇進(jìn)程的依據是進(jìn)程time_sli-ce的值。

　?、趯?shí)時(shí)進(jìn)程調度。對手實(shí)時(shí)進(jìn)程，Linux采用了兩種調度策略，即先來(lái)先服務(wù)調度和時(shí)間片輪轉調度。當調度策略的值為SCHED_FIFO時(shí)，選用先來(lái)先服務(wù)調度規則。當調度策略的值為SCHED_RR時(shí)，選用時(shí)間片輪轉調度規則，即時(shí)間片用完則釋放CPU，進(jìn)程排到等待隊列末尾。

　　(2)文件系統

　　文件系統負責存取和管理文件信息。在嵌入式系統里，常見(jiàn)的文件系統有YAFFS，JFFS2，CramFS，RamFS，Ramdisk等。

　　μC/OS-Ⅱ操作系統本身沒(méi)有對文件系統的支持，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的支持，但畢竟會(huì )增加開(kāi)發(fā)工作量。

　　Linux操作系統則具有完善的文件系統，并且具有網(wǎng)絡(luò )優(yōu)勢，可以方便地支持網(wǎng)絡(luò )文件系統且內嵌TCP/IP協(xié)議，這為L(cháng)inux開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò )接入設備提供了便利。

　　(3)操作系統的移植

　　嵌入式操作系統必須經(jīng)過(guò)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(kāi)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。

　?、?mu;C/OS-Ⅱ的移植。移植μC/OS-Ⅱ操作系統，目標處理器必須滿(mǎn)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(yǔ)言就可以打開(kāi)和關(guān)閉中斷;處理器有足夠的存儲容量作為多任務(wù)環(huán)境下的任務(wù)堆棧;處理器具備將堆棧指針和寄存器讀出和存儲到堆?；騼却嬷械闹噶?。所以μC/OS-Ⅱ的移植只需根據以上要求修改不同處理器之間的相關(guān)代碼。

　?、贚inux的移植。

　　首先進(jìn)行系統初始化：關(guān)閉Watchdog，改變系統時(shí)鐘，初始化存儲控制器，將操作系統內核復制到內存中。這一系列操作稱(chēng)作BootLoa-der，通常移植U-boot來(lái)實(shí)現BootLoader的功能;其次進(jìn)行Linux內核移植：下載內核源代碼，對內核進(jìn)行裁剪配置，編譯內核生成鏡像文件，下載到目標板;最后進(jìn)行文件系統的移植：生成根文件系統目錄，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(kāi)源碼和滿(mǎn)足較高的實(shí)時(shí)性要求。μC/OS-Ⅱ是一種結構小巧的實(shí)時(shí)操作系統，其內核提供任務(wù)調度與管理、時(shí)間管理、任務(wù)間同步與通信、內存管理和中斷服務(wù)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執行效率高，占用空間小，實(shí)時(shí)性能優(yōu)良，可擴展性能強，但μC/OS-Ⅱ系統缺少對文件系統的支持，所以μC/OS-Ⅱ適用于存儲資源比較有限的應用場(chǎng)合和小的控制系統。然而Linux具有多任務(wù)、可定制內核、完善的網(wǎng)絡(luò )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，其性能高效穩定，開(kāi)發(fā)及移植環(huán)境良好。鑒于該系統需完成多種任務(wù)控制和文件管理，且存儲資源充裕，也考慮到以后的網(wǎng)絡(luò )擴展，所以選用了Linux作為嵌入式操作系統。