四種實(shí)時(shí)嵌入式Linux操作系統(tǒng)的對(duì)比分析

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 四種實(shí)時(shí)嵌入式Linux操作系統(tǒng)的對(duì)比分析 實(shí)時(shí)Linux與其它RTOS的比較 本文對(duì)四種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）特性開(kāi)展分析和比較。它們是：Lynx實(shí)時(shí)系統(tǒng)公司的LynxOS、QNX軟件系統(tǒng)公司的QNX以及兩種具有代表性的實(shí)時(shí)Linux新墨西哥工學(xué)院的RTLinux和堪薩斯大學(xué)的KURTLinux。 近年來(lái)，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在多媒體通信、在線事務(wù)處理、生產(chǎn)過(guò)程控制、交通控制等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，因而越來(lái)越引起人們的重視。 基本特征概述 QNX是一個(gè)分布式、嵌入式、可規(guī)模擴(kuò)展的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它遵循POSIX.1 （程序接口）和POSIX.2 （Shell和工具）

2、、部分遵循POSIX.1b（實(shí)時(shí)擴(kuò)展）。它早開(kāi)發(fā)于1980年，到現(xiàn)在已相當(dāng)成熟。 LynxOS是一個(gè)分布式、嵌入式、可規(guī)模擴(kuò)展的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，它遵循POSIX.1a、POSIX.1b和POSIX.1c標(biāo)準(zhǔn)。它早開(kāi)發(fā)于1988年。 RTLinux是一個(gè)嵌入式硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，它部分支持POSIX.1b標(biāo)準(zhǔn)。 KURTLinux不是為嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的，不同于硬（hard）實(shí)時(shí)軟（soft）實(shí)時(shí)應(yīng)用，他們提出“嚴(yán)格（firm）”實(shí)時(shí)應(yīng)用的概念，如一些多媒體應(yīng)用和ATM網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，KURT是為這樣一些應(yīng)用設(shè)計(jì)的“嚴(yán)格的”實(shí)時(shí)系統(tǒng)。 體系構(gòu)造異同 實(shí)時(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)多為微內(nèi)核體系構(gòu)造，這使得小巧而可靠，易于RO

3、M固化，并可模塊化擴(kuò)展。微內(nèi)核構(gòu)造系統(tǒng)中，OS服務(wù)模塊在獨(dú)立的地址空間運(yùn)行，所以，不同模塊的內(nèi)存錯(cuò)誤便被隔離開(kāi)來(lái)。但它也有弱點(diǎn)，進(jìn)程間通信和上下文切換的開(kāi)銷大大增加。相對(duì)于大型集成化內(nèi)核系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它必須靠更多地開(kāi)展系統(tǒng)調(diào)用來(lái)完成相同的任務(wù)。 QNX是一個(gè)微內(nèi)核實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其僅提供4種服務(wù)：進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、底層網(wǎng)絡(luò)通信和中斷處理，其進(jìn)程在獨(dú)立的地址空間運(yùn)行。所有其它OS服務(wù)，都實(shí)現(xiàn)為協(xié)作的用戶進(jìn)程，因此QNX非常小巧（QNX4.x大約為12Kb）而且運(yùn)行速度極快。 LynxOS目前還不是一個(gè)微內(nèi)核構(gòu)造的操作系統(tǒng)，但它計(jì)劃使用所謂的“Galaxy”技術(shù)將其從大型集成化內(nèi)核改造成微內(nèi)核，這一

4、技術(shù)將在LynxOS 3.0中引入。新的28Kb微內(nèi)核提供以下服務(wù)：?jiǎn)?dòng)和停止、底層內(nèi)存管理、出錯(cuò)處理、中斷處理、多任務(wù)、底層同步和互斥支持。 RTLinux實(shí)現(xiàn)了一個(gè)小的實(shí)時(shí)，僅支持底層任務(wù)創(chuàng)立、中斷服務(wù)例程的裝入、底層任務(wù)通信隊(duì)列、中斷服務(wù)例程（ISR）和Linux進(jìn)程。原來(lái)的非實(shí)時(shí)Linux作為一個(gè)可搶先的任務(wù)運(yùn)行于這個(gè)小之上，所有的任務(wù)都在地址空間運(yùn)行。它不同于微內(nèi)核和大型內(nèi)核，屬于實(shí)時(shí)EXE （realtime execuTIve）體系構(gòu)造。其可靠性和可維護(hù)性對(duì)電信服務(wù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)都不夠理想。 KURTLinux包括兩個(gè)部分：內(nèi)核和實(shí)時(shí)模塊。內(nèi)核負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)事件的調(diào)度，實(shí)時(shí)模塊為用戶進(jìn)程提供

5、特定的實(shí)時(shí)服務(wù)。它不屬于微內(nèi)核構(gòu)造。 調(diào)度策略分析 任務(wù)調(diào)度策略是直接影響實(shí)時(shí)性能的因素。盡管調(diào)度算法多種多樣，但大多由單調(diào)率算法（RM）和早期限優(yōu)先算法（EDF）變化而來(lái)。前者主要用于靜態(tài)周期任務(wù)的調(diào)度，后者主要用于動(dòng)態(tài)調(diào)度，在不同的系統(tǒng)狀態(tài)下兩種算法各有優(yōu)劣。在商業(yè)產(chǎn)品中采用的實(shí)際策略常常是各種因素的折中。 QNX 提供POSIX.1b標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)程調(diào)度： 32個(gè)進(jìn)程優(yōu)先級(jí)； 搶占式的、基于優(yōu)先級(jí)的正文切換； 可選調(diào)度策略：FIFO、輪轉(zhuǎn)策略、適應(yīng)性策略。 LynxOS 其調(diào)度策略為： LynxOS支持線程概念，提供256個(gè)全局用戶線程優(yōu)先級(jí)； 硬實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)調(diào)度：在每個(gè)優(yōu)先級(jí)上實(shí)現(xiàn)了輪轉(zhuǎn)調(diào)度、定

6、量調(diào)度和FIFO調(diào)度策略； 快速正文切換和阻塞時(shí)間短； 搶占式的RTOS。 RTLinux 在操作系統(tǒng)之下實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)，Linux本身作為一個(gè)可搶占的任務(wù)在核內(nèi)運(yùn)行，優(yōu)先級(jí)，隨時(shí)會(huì)被高優(yōu)先級(jí)任務(wù)搶占。 用戶可自行編寫(xiě)調(diào)度程序，它們可實(shí)現(xiàn)為可加載的模塊； 已實(shí)現(xiàn)的調(diào)度程序有：基于優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度和EDF調(diào)度； 基于優(yōu)先級(jí)的調(diào)度使用“單調(diào)率算法”，它直接支持周期任務(wù)。 KURTLinux 可運(yùn)行在兩種狀態(tài)之下：通常狀態(tài)和實(shí)時(shí)狀態(tài)。在通常狀態(tài)下，所有進(jìn)程都可以運(yùn)行，但某些服務(wù)將帶來(lái)中斷屏蔽的不可預(yù)期性。實(shí)時(shí)模式只允許實(shí)時(shí)進(jìn)程運(yùn)行。 支持FIFO調(diào)度策略、輪轉(zhuǎn)調(diào)度策略和UNIX分時(shí)調(diào)度策略；

7、 增加了SCHEDKURT調(diào)度策略，這是一種靜態(tài)調(diào)度策略，使用一個(gè)特殊的調(diào)度文件記錄預(yù)先定義好的待調(diào)度進(jìn)程的參數(shù)。 從以上簡(jiǎn)單描述可以看出，前三種調(diào)度策略實(shí)現(xiàn)較規(guī)范，特別是兩種商業(yè)RTOS，遵循或部分遵循POSIX.1b實(shí)時(shí)調(diào)度標(biāo)準(zhǔn)。 操作系統(tǒng)服務(wù)比較 QNX的系統(tǒng)服務(wù)： 多種資源管理器，包括各種文件系統(tǒng)和設(shè)備管理，支持多個(gè)文件系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，包括提供完全POSIX.1及UNIX語(yǔ)法的POSIX文件系統(tǒng)，支持多種閃存設(shè)備的嵌入式文件系統(tǒng)，支持對(duì)多種文件服務(wù)器（如Windows NT/95、LAN Manager等）的透明訪問(wèn)的SMB文件系統(tǒng)、DOS文件系統(tǒng)、CDROM文件系統(tǒng)等。 設(shè)備管理。在進(jìn)

8、程和終端設(shè)備間提供大吞吐量、低開(kāi)銷接口服務(wù)。 圖形窗口支持。包括QNX Windows、X Window System for QNX、對(duì)MS Windows NT/95和X Window系統(tǒng)的遠(yuǎn)程圖形連接。 TCP/IP for QNX。 高性能、容錯(cuò)型QNX網(wǎng)絡(luò)FLEET，使得所有連入網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)變成一個(gè)邏輯上的超級(jí)計(jì)算機(jī)。 透明的分布式處理。FLEET網(wǎng)絡(luò)處理與消息傳遞和進(jìn)程管理原語(yǔ)的集成，將本地和網(wǎng)絡(luò)IPC統(tǒng)一起來(lái)，使得網(wǎng)絡(luò)對(duì)IPC而言是透明的。 LynxOS的系統(tǒng)服務(wù)： 網(wǎng)絡(luò)和通信。由于使用UNIX/POSIX API，Lynx很適合于數(shù)據(jù)通信和Internet應(yīng)用。又由于系統(tǒng)的開(kāi)放

9、性，網(wǎng)絡(luò)軟件很容易移植到Lynx上。同樣，Lynx亦提供關(guān)鍵的電話通信協(xié)議，使之適用于電信系統(tǒng)的根底架構(gòu)、操作和多媒體應(yīng)用。 TCP/IP協(xié)議棧。Lynx自帶優(yōu)化的TCP/IP協(xié)議棧，提供高性能服務(wù)，如TCP頭預(yù)測(cè)、路由算法、IP級(jí)多址廣播和鏈路級(jí)高速緩沖。 Internet工具。包括，Telnet、Ftp、tftp、PPP、SLIP、實(shí)時(shí)調(diào)度的嵌入式Java虛擬機(jī)、嵌入式HTTP server、bootp、ARP/RARP、DNS域名服務(wù)、電子郵件、Perl、電話通信協(xié)議等。 SVR3流。LynxOS流機(jī)制為開(kāi)發(fā)和移植基于流的驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用提供了支持。 文件系統(tǒng)。實(shí)時(shí)的類UNIX層次構(gòu)造文件

10、系統(tǒng)：連續(xù)構(gòu)造文件、帶緩沖不帶緩沖、原始分區(qū)和原始設(shè)備訪問(wèn)。 基于MoTIf的圖形用戶接口。 分布式計(jì)算資源。SCMP與VME總線上的多處理結(jié)合，PCI橋服務(wù)、CompactPCI Hotswap Services、Lynx/HADDS分布式數(shù)據(jù)系統(tǒng)。 Linux的系統(tǒng)服務(wù)： 近來(lái)，很多基于Linux的實(shí)時(shí)應(yīng)用被開(kāi)發(fā)出來(lái)，它具有成熟和豐富的資源。 UNIX用戶的開(kāi)發(fā)工具和應(yīng)用軟件都被移植到Linux上。 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 各種Internet客戶/服務(wù)端軟件。 X Window。 C/C、Java等語(yǔ)言編譯器。 上述系統(tǒng)的共同點(diǎn)是都提供了圖形界面、各種網(wǎng)絡(luò)支持等必要工具。QNX是一個(gè)更加

11、符合傳統(tǒng)“分布式”概念的操作系統(tǒng)，目標(biāo)是把整個(gè)局域網(wǎng)變成一個(gè)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)，使得網(wǎng)絡(luò)的存在對(duì)用戶透明，文件系統(tǒng)提供的服務(wù)也很豐富。但是，分布式的程度越高也意味著系統(tǒng)開(kāi)銷的增大。LynxOS則著意于提供豐富的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，而Linux的優(yōu)勢(shì)則是經(jīng)濟(jì)，還可以通過(guò)新聞組或mailing list快速地解決用戶碰到的任何問(wèn)題。 系統(tǒng)開(kāi)放性比照 對(duì)于很多大、中型系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，大多數(shù)軟件都是為UNIX平臺(tái)編寫(xiě)的，因此RTOS是否提供POSIX/UNIX API就顯得很重要。 QNX的開(kāi)放性： QNX的POSIX兼容性和其提供的UNIX特色的編譯器、調(diào)試器、X Window和TCP/IP都是UNIX程序員所熟悉的。

12、 支持多種CPU：AMD ElanSC300/310/400/410、Am386 DE/SE、Cyrix MediaGX、x86處理器（386以上）、PenTIum系列、STMicroelectronics 的STPC。 多種總線：CompactPCI、EISA、ISA 、MPE （RadiSys）、STD、STD 32、PC/104、PC/104Plus、PCI、PCMCIA、VESA、VME。 各種外設(shè)：多種SCSI設(shè)備、IDE/EIDE驅(qū)動(dòng)器、10M/100M以太網(wǎng)卡、Token Ring網(wǎng)卡、FDDI接口卡、多種PCMCIA設(shè)備、閃存、聲卡等等。 LynxOS的開(kāi)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。 支持多種CPU主板：包括CompactPCI（6U/3U）和標(biāo)準(zhǔn)PCI、VME/Eurobus、