嵌入式实时操作系统mC/OS-II的应用与新发展

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嵌入式实时操作系统mC/OS-II的应用与新发展

回顾嵌入式RTOS在我国应用与推广的历程，几年前，RTOS的概念还很少为嵌入式系统工程师接受。这是由于8位单片机时代，应用程序相对简单，设计者使用RTOS的意识不强；另一方面，商业RTOS软件过于昂贵。两年前的这个时候，笔者应《电子产品世界》之邀，在“嵌入式2000”学术研讨会上提出，以免费的RTOS—mC/OS的学习与应用为突破口，提倡“学习RTOS，使用RTOS”，不久以后，《mC/0S-II the Real Time Kernel》一书的中译本出版了。一些著名的大学开始用mC/0S-II作教材给研究生讲述RTOS。
两年来，笔者看到很多国内关于嵌入式系统应用的杂志，都刊登了关于mC/OS,mC/0S-II移植与应用的文章。这些刊物对RTOS嵌入式应用的推广功不可没。
mC/OS以及mC/0S-II在国内普及与推广的意义首先是提高了嵌入式工作者对RTOS的认知度，强化了学习使用RTOS的观念与意识，其后才是mC/OS、mC/0S-II本身的实用价值。mC/OS、mC/0S-II是一个小的实时内核，源码公开，有详尽的解释。正是因为其小，才便于研究、理解和掌握。
两年来，笔者除给在校生上课外，也应邀为社会上的用户、公司举办过培训与讲座，从用户反映的问题来看，主要涉及“移植”与“应用”这两个方面。以下，笔者就如何开发基于mC/0S-II的应用软件和移植过程中使用的C编译器问题提出一些建议，并简要介绍μC/0S-II的最新版本V.2.52和mC/0S-II一书的第二版，供读者参考。

基于mC/0S-II的应用软件
由于mC/0S-II的商业价值得到了认可，一些基于mC/0S-II的商业软件也可以买到，如TCP/IP协议栈、蓝牙通信软件、红外通信软件等(见UCOS-III.com网站)。我们这里说的是如何自己开发这类应用软件。以TCP/IP协议栈为例，如果需要全套的TCP/IP功能，可以直接使用嵌入式Linux ，如mCLinux、 RTEMS等。以mCLinux为例，内核本身要占用512KB内存，TCP/IP部分也有70B至80KB。mC/05II特定的是一个小内核，本身占用内存在10KB量级上。对于特定的应用，嵌入mC/0S-II的产品往往只需要TCP/IP中某一小部分。参照TCP/IP协议标准和一些公开出版的图书，以及网上的源码资源，自己写这一部分并非十分困难。举例说来，如果用户已经完成了一套基于mC/0S-II的单片机控制系统，而单片机仍有一定的剩余负荷可支持网络通信，用户希望能通过Internet网远程控制该系统。在硬件上，可以通过RS-232和Modem拨号上网，也可以加一片网络接口芯片如RTL8019直接上网。软件开发方面，TCP/IP的标准可以从www.rfc-editor.org中找到，一本不错的参考书，是英国人Jeremy Bentham所著《TCP/IP Lean Web Servers for Embedded Systems》。这本约400页的书后所附光盘中有实现一个瘦服务器的全部源代码。书中以Microchip的8位单片机PIC16CF6为例，实现了单片机通过Modem拨号上网的功能。参照上述资料，我们在8位、16位、32位 Motorola单片机上也实现了通过RTL8019 Internet网接口芯片直接上网的功能。在写这些软件时，我们发现，在mC/0S-II下写TCP/IP通信软件，比传统的前后台系统要方便很多。单片机要在完成原来控制系统功能的前提下，同时实现网络通信，又是发送又是接收，没有RTOS支持简直不可想象。从代码长度看，实现基本功能的TCP/IP协议栈只需要大约7KB目标代码，比使用mCLinux显然有优势。上面提到的瘦服务器(Lean Server)一书是一本畅销书，其第二版已经出版了，据悉机械工业出版社已购买了中译本版权，希望不久的将来能见到该书的中译本。

mC/0S-II的移植
mC/0S-II是专门为单片机嵌入式应用设计的实时操作系统内核，主体用标准的ANSI C语言写成，可移植性极好。目前已被成功地移植到四十多种CPU上，包括8位、16位、32位及64位单片机，包括若干种DSP，因为移植的范例大多可以从网上下载，故移植起来并不困难。综合来自各方面的反映，移植难度并不在于mC/0S-II源代码本身，而在于不同用户使用了不同的C编译器，由于编译器的差异而引发的移植方面的问题有时很难得到友人的帮助。而对于嵌入式应用潜在市场群体—正在高校就读的研究生们说来，困难还在于：几乎所有用于单片机的C编译器都是商业软件，其中有些还相当贵。
使用自由软件Linux下的C语言交叉编译器GNU gcc作为开发工具来编译移植mC/0S-II是一个不错的选择。使用自由软件开发嵌入式应用的意义决不仅限于经济上节省开支。学习使用自由软件过程，实际上是培养IT高手的过程。自由软件将造就一大批有共同语言的软件开发精英，GNU gcc交叉编译工具支持大多数知名的16位、32位嵌入式应用CPU，如Motorola的68HC11/12、M68K、CPU32、ColdFire 、PowerPC，AMD的AMD29K，Intel的i386、Intel960，其它如著名的ARM、Thumb、M32、MIPS、RT、SPARC、DEC的Alpha、VAX等，还包括TI的TMS32 DSP等。
自由软件有强大的网上技术支持是公认的，不断推出的升级版本表明自由软件的强大生命力。使用GNU gcc作为交叉编译器的难点不在于交叉编译器的用法本身，而在于搭建Linux下的开发环境。这一部分工作在国外一般由专门的系统管理员来做。而国内由于公司的规模较小，往往没有专门的系统管理员，这部分工作要自己做，从而增加了Linux系统下自由软件的使用难度。使用中的另一个难点是，遇到问题时常常不知道如何处理。要学会看系统提供的帮助信息，向Linux的高手请教，校园内利用BBS的交流是一种学习的极好方式。还有一个办法是在网上搜索，因为你遇到的问题也许过去别人也遇到过，解决办法可能网上就有。再有一个办法就是直接给作者发电子邮件。自由软件有源码，大多都有作者的Email地址。
如果mC/0S-II的移植以GNU gcc交叉编译器为基础，讨论起来共同语言会更多些，移植会更容易。
一些芯片生产商在推出其嵌入式应用芯片的同时就提供了mC/0S-II的移植代码，如Motorola的16位DSP 56800系列，移植代码包含在系统开发工具SDK中，C编译器采用其子公司metrowerks的Codewarrior。
虽然移植不难有现成的例子可参考，但笔者仍认为移植是一个重要的学习过程，这一过程的意义远大于移植后的结果。这一过程有助于提高对RTOS的认识与理解，从而提高嵌入式工作者的理论与技术水平。
mC/0S-II的新进展
两年前，我们介绍给读者的mC/0S-II是mC/0S-II最初的版本，它以软盘的形式附在《mC/0S-II The Real Time Kernel》一书的后面。该书中译本所附的光盘中也是这个版本。该版本称作V.2.0版本。V.2.0以下的版本指mC/OS。在V.2.0基础上稍做改动的版本是V.2.04，出现在2000年11月。到2001年6月，作者推出了V2.51版本。在这一版本中，主要增加的新功能有：互斥型信号量和事件标志。
今年上半年，CMP公司出版了《mC/0S-IIThe Real Timce Kernel》的第二版。书中所附光盘中给出了mC/0S-II VV2.52版的源代码。版本V2.52在V2.51的基础上做了多处修改。比起该书第一版，新版的mC/0S-II一书增加了很多新内容，如介绍系统服务，第一版中只用了一条来描述，而新版书中扩展到6条。在如何移植mC/0S-II这一条中，增加了移植后如何测试mC/0S-II(详见www.ucos-ii.com网站)。
据说国内某出版社正在与CMP公司商讨购买中译本版权的事，《mC/0S-III The Real Time Kernel》一书的新版中译本，以及最新mC/0S-II V2.52有望在不久的将来与中国读者见面。

李小路

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