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发信人: twoday (影子), 信区: Embedded_system
标  题: Nucleus Plus在嵌入式系统应用
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年07月13日22:00:11 星期六), 站内信件

发信站: 武汉白云黄鹤站 (2001年04月25日17:50:31 星期三), 站内信件

作者：海军计算技术研究所（北京100841）丁宜栋      来源：《电子产品世界》


    Nucleus Plus在嵌入式系统应用

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    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R
ISC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 Pl
us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。
Nucleus Plus内核技术
    ATI公司使用一种叫做软件组件的方法。所谓软件组件，就是具有明确目的或
用途的
由1个或数个C语言/汇编源文件的一段非独立执行应用程序，且每个组件都提供一
个定义
好的外部接口，必须通过外部接口来使用组件。访问组件内的全局数据结构是被禁
止的
。使用了组件方法， 软件组件既易于更新也易于重用。Nucleus Plus软件组件通
常由定
义数据类型、常量以及外部接口的INCLUDE 头文件和一个或多个C语言/汇编源文件
组成
。Nucleus Plus 提供如下组件：任务控制管理、内存管理、定时器管理、中断、
系统诊
断、I/O驱动管理等共16个组件如下，
    Nucleus Plus Kernel：
    Common Service Component（CS）
    Initialization Component（IN）
    Tread Control Component（TC）
    Timer Component（TI）
    Mailbox Component（MB）
    Pipe Component（PI）
    Semaphore Component（SM）
    Event Flag Component（EV）
    Partition Component（PM）
    Queue Component（QM）
    Dynamic Memory Component（DM）
    I/O Component（I/O）
    History Component（HI）
    Error Component（ER）
    License Component （LI）
    Release Component（RL）
    Nucleus Plus 除了其功能强大的内核外，还提供了面向INTERNET、TCP/IP、
WEB浏
览器、图形以及文件系统的软件包，参阅图1。
Nucleus Plus 开发
    1.Nucleus Plus 定制
    Nucleus Plus 也能根据目标板的需要进行裁剪和定制，生成适合目标系统的
操作系
统，尽量少占系统内存。OS定制完成后，将其链接到目标应用程序，成为目标应用
程序
的一部分。在典型的CISC体系结构的目标板上，它占用约20K 左右的空间，而在
RISC体
系结构的目标板上占用约40K左右的空间。一般地，Nucleus Plus 足以满足绝大多
数的
嵌入式应用。ATI公司提供了一个名为BUILD_LI．BAT或PLUS．BAT的批处理文件，
用户可
以删剪其中的模块，更改相关的选项或开关，执行该文件生成与目标相关的操作系
统，
也就是根据系统需要生成定制的操作系统。需要注意的是，该批处理文件的内容与
开发
工具有关。
    2.开发方案
    Nucleus Plus可以结合Paradigm、SDS以及ATI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（Borland c/c++ 编译器、Turbo c/c++ 编译器或者
Micr
osoft c/c++编译器）和动态链接库以及各类底层驱动软件就可以满足嵌入式应用
的开发
。
    3.开发流程
    用Nucleus Plus 开发嵌入式应用程序，一般遵循如下步骤：
    * 如果有必要，应对低级系统初始化文件．INT进行修改，使之符合目标板的
需要。
如中断向量、I/O地址、时钟频率等。
    * 定义Application _Initialize（）函数。该函数在启动系统之前先执行。
注意的
是要把NUCLEUS．H头文件包括在目标应用程序中，以便利用Nucleus Plus 的服务
。
    * 定义应用程序的任务。如果调用Nucleus Plus 的服务，要把NUCLEUS．H包
含进去
。
    * 编译/汇编所有的应用程序软件，并且包含系统低级初始化文件．INT。
    * 链接．INT和所有的应用程序目标文件、Nucleus Plus库文件以及相关的开
发工具
库。
    * 把生成的最终目标代码下载或烧到目标板上执行。
    4.Nucleus Plus 初始化
    Nucleus Plus 分三个层次的初始化，即：系统低级初始化Int-Initialize（
）、系
统高级初始化Inc-Initialize（）和应用程序初始化Application_Initialize（）
，初
始化之后便进入Nucleus Plus 的任务调度循环。各个初始化函数任务见表1。
表1：Nucleus Plus 初始化表
Int_Initialize() Inc_Initialize() Application_Initialize()
*设置必要的处理器/系统控制寄存器
*初始化中断向量表
*设置系统堆栈寄存器
*计算定时器HISR堆栈和优先级
*计算系统第国个可用内存
*将控制交给系统高级初始化例程 *初始化Nucleus Plus组件
*将控制交给应用程序初始化例程
任务调度
 *执行用户定义的初始化，如创建内存池，创建任务、创建信号量、创建队列等
     5.Nucleus MNT
    Nucleus MNT是为软件开发者设计的，在WIN95/NT下构筑Nucleus Plus嵌入式
应用的
原型（Prototyping）环境。它通过两个库来实现，即针对目标环境的库和针对
Win95/N
T开发环境的库。开发时，应用程序代码可以不变，仅仅替换掉MNT库，使用交叉开
发工
具包重构目标环境下的可执行目标代码，请看图2。
    6.开发注意事项
    嵌入式开发在内存需求、任务管理等方面存在着特殊性，因此，开发中对以下
方面
要额外加以注意。
    * 任务饥荒
    任务优先级的分配要合理，否则会导致系统中的一些任务一直不断地在运行而
另一
些任务永远得不到运行，引起饥荒。
    * 死锁
    系统资源的分配要合理，否则会引起两个或多个任务为竞争某一系统资源而处
于无
限挂起现象。
    * 内存
    * 内存泄露
    内存分配过程中要尽量避免碎片并且要注意及时回收。
    * 内存节约
    * 默认情况下，Nucleus Plus， 在高级初始化函数Inc_Initialize（）中。
调用其
它函数初始化它所提供的所有特征的数据结构中，有些特征用户目标应用程序可能
用不
到，为此，要去掉不必要的函数调用。
    * 改变Nucleus．H中NU_MAX_LISRS的大小，它定义的是目标处理器的最大中断
向量
数。
    * 改变TC_DEFS．H中TC_PRIORITIES的大小。它定义了任务的优先级数。
Nucleus P
lus 能支持256个优先级。
    * HISR栈共享。
    * TCD．C中禁止查询表TCD_LOWEST_SET_BIT的RAM拷贝。
    * 使用一个更小的INT选项。
结束语
    由于Nucleus Plus 的模块化、可靠、重用、开放、易用以及安全等特性使得
它成为
嵌入式应用开发的理想平台，尤其是关系到国计民生的领域，如航空/航天、军队
、国防
等方面。

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