嵌入式環(huán)境中Nucleus到Linux的程序移植方案

　　設計解析

　　改進(jìn)后的PMON設計架構，摒棄了將驅動(dòng)程序掛載在Linux設備管理模塊的傳統思維，將各驅動(dòng)程序掛載在自我編寫(xiě)的驅動(dòng)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(xiě)各驅動(dòng)程序的工作量。

　　各驅動(dòng)程序沒(méi)有掛載在Linux設備管理模塊上，并不等于失去了Linux動(dòng)態(tài)管理模塊的功能，各驅動(dòng)程序可編譯為模塊，而由驅動(dòng)管理模塊通過(guò)request_module()和remove_module()的內核符號調用來(lái)實(shí)現驅動(dòng)的動(dòng)態(tài)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(guò)在內核中，驅動(dòng)管理模塊內實(shí)現驅動(dòng)的配置、初始化，設備和驅動(dòng)的一致性檢查和驅動(dòng)間的通信，避免了用戶(hù)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(gè)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(lái)，只存在一個(gè)虛擬設備，因此，在文件系統中，向用戶(hù)空間提供的接口必然統一，用戶(hù)進(jìn)程不必考慮設備和驅動(dòng)的完整一致性，使用戶(hù)進(jìn)程的設計簡(jiǎn)單干凈。驅動(dòng)管理模塊作為一個(gè)虛擬設備，只向Linux的中斷管理模塊申請一個(gè)中斷號，而由新架構中的中斷服務(wù)模塊，負責提供接口給各驅動(dòng)程序用來(lái)注冊中斷處理函數，并負責將中斷信號分發(fā)至各處理函數。這不僅滿(mǎn)足了各驅動(dòng)程序的中斷要求，也解決了Linux系統中斷資源有限的問(wèn)題。

　　新的架構的設計，將工作量主要集中到了驅動(dòng)管理模塊的設計上，驅動(dòng)管理模塊其實(shí)就是獨立于Linux設備管理模塊的一個(gè)簡(jiǎn)易設備管理模塊，要完成以下工作:實(shí)現驅動(dòng)動(dòng)態(tài)加載的功能，為各驅動(dòng)程序提供注冊的統一接口，實(shí)現各驅動(dòng)程序的配置和初始化，負責檢查各設備和驅動(dòng)、各設備之間和各驅動(dòng)之間的合法性和一致性，負責向Linux設備管理模塊注冊一個(gè)虛擬設備，負責將從用戶(hù)層進(jìn)入虛擬設備的命令解析并分發(fā)至各驅動(dòng)程序。而以上列舉的驅動(dòng)管理模塊應完成的功能，在Nucleus中，實(shí)現各驅動(dòng)程序的配置和初始化，負責檢查各設備和驅動(dòng)、各設備之間和各驅動(dòng)之間的合法性和一致性等功能是已經(jīng)完成的。

　　性能分析及移植結果

　　改進(jìn)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(hù)空間陷入內核空間及內核空間返回用戶(hù)空間時(shí)的上下文切換，性能顯著(zhù)提高。

　　2)底層驅動(dòng)為用戶(hù)空間提供了統一的驅動(dòng)接口，簡(jiǎn)化了用戶(hù)進(jìn)程的設計。各驅動(dòng)程序的移植也由于避開(kāi)了為L(cháng)inux設備管理接口而進(jìn)行的改寫(xiě)，從而顯著(zhù)提高了開(kāi)發(fā)效率。

　　3)中斷服務(wù)模塊的設計，有效地擴展了中斷資源。

　　4)對于Linux動(dòng)態(tài)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(jìn)后的程序設計，以6個(gè)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(mǎn)足設計要求。

　　結語(yǔ)

　　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(gè)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(jià)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(lái)看，方案可行、廉價(jià)、高效。