MTK Nucleus OS之初识

一直以来大多数国产手机采用联发科的MTK平台，而MTK平台采用的操作系统是Nucleus。Nucleus Plus是美国源代码操作系统商ATI公司推出的新一代嵌入式操作系统，属于抢先式实时多任务操作系统内核， 95%的代码使用ANSI C编写，非常便于移植于各种处理器家族。从实现的角度讲，不同于传统嵌入式开发，Nucleus Plus是以函数库的形式链接到目标应用程序中，形成可执行目标代码，下载到目标板上或烧到ROM/FLASH ROM 中去执行。Nucleus Plus内核在典型的CISC体系结构上占据大约20k空间，而在典型的RISC体系结构上占据空间为40k左右，其内核数据结构占据1.5k字节的空间。Nucleus Plus以其实时响应、抢先、多任务以及源代码开放特性获得在通讯、国防、工业控制、航空/航天、铁路、网络、POS、自动化控制、智能家电等领域的广泛应用。        如果你也想学习一下MTK平台或嵌入式开发平台，要想做到精通一个平台，就得对其OS必须非常了解，否则就谈不上精通。 TI和MTK都是使用Nucleus OS。Nucleus PLUS 采用了软件组件的方法。每个组件具有单一而明确的目的，通常由几个C及汇编语言模块构成，提供清晰的外部接口，对组件的引用就是通过这些接口完成的。除了少数一些特殊情况外，不允许从外部对组件内的全局进行访问。由于采用了软件组件的方法，Nucleus PLUS 各个组件非常易于替换和复用。        Nucleus PLUS 的组件包括任务控制、内存管理、任务间通信、任务的同步与互斥、中断管理、定时器及I/O驱动等。 Nucleus具有如下特点： 1、提供源代码 Nucleus PLUS 提供注释严格的C源级代码给每一个用户。这样，用户能够深入地了解底层内核的运作方式，并可根据自己的特殊要求删减或改动系统软件，这对软件的规范化管理及系统软件的测试都有极大的帮助。另外，由于提供了 RTOS 的源级代码，用户不但可以进行 RTOS 的学习和研究，而且产品在量产时也不必支付 License，可以省去大量的费用。对于军方来说，由于提供了源代码，用户完全可以控制内核而不必担心操作系统中可能会存在异常任务导致系统崩溃。 2、性价比高 Nucleus PLUS 由于采用了先进的微内核 ( Micro-kernel ) 技术，因而在优先级安排，任务调度，任务切换等各个方面都有相当大的优势。另外，对C++语言的全面支持又使得Nucleus PLUS 的 Kernel 成为名副其实的面向对象的实时操作系统内核。然而，其价格却比较合理。所以，容易被广大的研发单位接受。 3、易学易用 Nucleus PLUS 能够结合 Paradigm，SDS以及 ATI自己的多任务调试器组成功能强大的集成开发环境，配合相应的编译器和动态联结库以及各类底层驱动软件，用户可以轻松地进行 RTOS 的开发和调试。另外，由于这些集成开发环境 ( IDE ) 为所有的开发工程师所熟悉，因而，容易学习和使用。 4、功能模块丰富 Nucleus PLUS 除提供功能强大的内核操作系统外，还提供种类丰富的功能模块。例如用于通讯系统的局域和广域网络模块，支持 图形应用的实时化 Windows 模块，支持Internet网的 WEB 产品模块，工控机实时 BIOS 模块，图形化用户接口以及应用软件性能分析模块等。用户可以根据自己的应用来选择不同的应用模块。 Nucleus PLUS支持的CPU类型：         Nucleus PLUS 的 RTOS内核可支持如下类型的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。可以说NUCLEUS+是支持CPU类型最丰富的实时多任务操作系统。        针对各种嵌入式应用，Nucleus PLUS 还提供相应的网络协议（如TCP/IP，SNMP等），以满足用户对通讯系统的开发要求。另外，可重入的文件系统、可重入的C函数库以及图形化界面等也给开发者提供了方便。         针对不同的CPU类型，Nucleus 还提供编译器、动态连接库、多任务调试器等相应的工具来配置用户的开发环境。值得提出的是ATI公司最近还发表了基于Microsoft Developers Studio的嵌入式集成开发环境－NUCLEUS EDE。从而率先将嵌入式开发工具与Microsoft的强大开发环境结合起来，提供给工程师们强大的开发手段。 三、 源代码带来的优势         众所周知，Nucleus实时多任务操作系统提供给用户源代码。这除商务上给用户带来巨大益处（免交Royalty）外，还在技术方面给用户极大的方便，即无需编写和调试BSP，从而达到易学易用的目的，加速产品上市。         对RTOS有一定知识的一定清楚，使用RTOS最大的障碍在于编写和调试BSP。大家知道，在调试目标系统的软件之前，必须将目标与主机连接起来并建立通讯。为此，我们可以编写一段监控程序（Monitor）。然而，如果要调试基于RTOS内核的程序，主机上的调试器（Debugger）除要与目标建立通讯外，更重要的是必须识别RTOS的任务，这样才能进行任务级调试（Task-aware Debugger）。因此，只有Monitor是不够的。如果我们选用的RTOS不提供源代码，那么，主机上的调试器（Debugger）就只有通过用户编写的BSP来了解Kernel在现有硬件平台上对各个任务进行调度的情况。显然，编写BSP必须对CPU目标系统的硬件以及应用软件等有全面而深入的了解。一般说来，对于一个有一定硬件开发经验的工程师来说，编写一个新的BSP要花的平均时间为两个月左右。这对于一个新手来说可是比较困难的。          对于编写BSP的工程师来说，另外一个更大的挑战就是如何调试BSP，即如何验证所编写的BSP是否正确。通常刚刚焊接安装好的PCB板中，硬件或软件的故障（Bugs）是比较多的。甚至更常见的是CPU部分都没有运作正常。有时时序错误和总线错误都还存在。在您把写好的BSP烧入EPROM（或FLASH）中试图将目标与主机建立联系时，您几乎100%地会发现根本无法通讯，眼前一团漆黑，不知是软件有错误还是硬件不运转。BSP在正常运行吗？不得而知。在焦急和摸索中您可能发现几个月已悄然而过。         对于早期的实时操作系统来说，BSP是必由之路。然而，新一代的RTOS-Nucleus PLUS则避免了BSP带来的痛苦过程。因为Nucleus的调试是基于全新的动态连接库（DLL）。用户只须通过监控程序（Monitor）或者BDM调试口（或者JTAG调试口）建立目标系统（Target）与主机（Host）之间的通讯，并给主机上的Debugger初始化特性中加入Nucleus的动态连接库（DLLs），这时，调试器就能够自动地去识别运行在目标系统中的Nucleus内核和各个应用任务，从而完成任务级调试。上述的动态连接库（DLLs）是由RTOS厂商和Debugger厂商合作完成的，用户无须自行编写。因此，Nucleus的用户只需要将精力放在基于Nucleus的编程工作中。对于一个新手，往往经过一天到两天的学习和培训，就可以投入到应用程序编制工作中去，无需花大量的时间去研究CPU，特定的硬件等。          另外，由于有了源程序，用户在调试程序时可以清楚地通过STEP INTO命令，追踪到RTOS的内层中去，观看和学习Kernel对任务的管理和调度机制。对于有志研究RTOS深层技术的工程师来说极为方便。对于Motorola 68K和PowerPC，用户可以利用GreenHill公司的Mutil调试器或TRACE-ICD来完成Nucleus PLUS的调试；对于ARM和StrongARM，用户可以利用ARM公司的SDT251调试器或TRACE-ICD来完成Nucleus PLUS的调试；对于Intel x86实模式，用户可以利用Paradigm公司的调试器及其DLL来进行任务级调试；对于Intel x86保护模式则可以利用SSI公司Softprobe调试器和SSI DLL来调试；对于i960，SH3/4，ARM6/7，MIPS等芯片，则可以使用ATI公司自己的UDB调试器来进行任务的调试。