基于STM平臺(tái)且滿足實(shí)時(shí)控制要求操作系統(tǒng)，有以下5種可供移植選擇。分別為μClinux、μC／OS-II、eCos、FreeRTOS和都江堰操作系統(tǒng)(djyos)。下面分別介紹這五種嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)及不足。

1、μClinux

μClinux是一種優(yōu)秀的嵌入式Linux版本，其全稱為micro-control Linux，從字面意思看是指微控制Linux。同標(biāo)準(zhǔn)的Linux相比，μClinux的內(nèi)核非常小，但是它仍然繼承了Linux操作系統(tǒng)的主要特性，包括良好的穩(wěn)定性和移植性、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能、出色的文件系統(tǒng)支持、標(biāo)準(zhǔn)豐富的API，以及TCP／IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。因?yàn)闆]有MMU內(nèi)存管理單元，所以其多任務(wù)的實(shí)現(xiàn)需要一定技巧。

μClinux在結(jié)構(gòu)上繼承了標(biāo)準(zhǔn)Linux的多任務(wù)實(shí)現(xiàn)方式，分為實(shí)時(shí)進(jìn)程和普通進(jìn)程，分別采用先來先服務(wù)和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度，僅針對(duì)中低檔嵌入式CPU特點(diǎn)進(jìn)行改良，且不支持內(nèi)核搶占，實(shí)時(shí)性一般。

在內(nèi)存管理上由于μClinux是針對(duì)沒有MMU的處理器設(shè)計(jì)的，不能使用處理器的虛擬內(nèi)存管理技術(shù)，只能采用實(shí)存儲(chǔ)器管理策略。系統(tǒng)使用分頁(yè)內(nèi)存分配方式，在啟動(dòng)時(shí)對(duì)實(shí)際存儲(chǔ)器進(jìn)行分頁(yè)。系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存的訪問是直接的，操作系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存空間沒有保護(hù)，多個(gè)進(jìn)程可共享一個(gè)運(yùn)行空間，所以，即使是一個(gè)無特權(quán)進(jìn)程調(diào)用一個(gè)無效指針也會(huì)觸發(fā)一個(gè)地址錯(cuò)誤，并有可能引起程序崩潰甚至系統(tǒng)崩潰。

μClinux操作系統(tǒng)的中斷管理是將中斷處理分為兩部分：頂半處理和底半處理。在頂半處理中，必須關(guān)中斷運(yùn)行，且僅進(jìn)行必要的、非常少、速度快的處理，其他處理交給底半處理；底半處理執(zhí)行那些復(fù)雜、耗時(shí)的處理，而且接受中斷。因?yàn)橄到y(tǒng)中存在有許多中斷的底半處理，所以會(huì)引起系統(tǒng)中斷處理的延時(shí)。

μClinux對(duì)文件系統(tǒng)支持良好，由于μClinux繼承了Linux完善的文件系統(tǒng)性能，它支持ROMFS、NFS、ext2、MS-DOS、JFFS等文件系統(tǒng)。但一般采用ROMFS文件系統(tǒng)，這種文件系統(tǒng)相對(duì)于一般的文件系統(tǒng)(如ext2)占用更少的空間。但是ROMFS文件系統(tǒng)不支持動(dòng)態(tài)擦寫保存，對(duì)于系統(tǒng)需要?jiǎng)討B(tài)保存的數(shù)據(jù)須采用虛擬RAM盤／JFFS的方法進(jìn)行處理。

在對(duì)硬件的支持上，由于μClinux繼承了Linux的大部分性能，所以至少需要512KB的RAM空間，lMB的ROM／Flash空間。

在μClinux的移植方面，。μClinux是Linux針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的一種改良，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。移植μClinux，目標(biāo)處理器除了需要修改與處理器相關(guān)的代碼外，還需要足夠容量的外部ROM和RAM。

綜上可知，μClinux最大特點(diǎn)在于針對(duì)無MMU處理器設(shè)計(jì)，這對(duì)于沒有MMU功能的stm32f103來說是合適的，但移植此系統(tǒng)需要至少512KB的RAM空間，1MB的ROM/FLASH空間，而stmf103擁有256K的FLASH，需要外接存儲(chǔ)器，這就增加了硬件設(shè)計(jì)的成本。μClinux結(jié)構(gòu)復(fù)雜，移植相對(duì)困難，內(nèi)核也較大，其實(shí)時(shí)性也差一些，若開發(fā)的嵌入式產(chǎn)品注重文件系統(tǒng)和與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用則μClinux是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

2、μC／OS-II

μC／OS-II是在μC/OS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是用C語(yǔ)言編寫的一個(gè)結(jié)構(gòu)小巧、搶占式的多任務(wù)實(shí)時(shí)內(nèi)核。μC／OS-II能管理64個(gè)任務(wù)，并提供任務(wù)調(diào)度與管理、內(nèi)存管理、任務(wù)間同步與通信、時(shí)間管理和中斷服務(wù)等功能，具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。

對(duì)于實(shí)時(shí)性的滿足上，由于μC／OS-II內(nèi)核是針對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，所以只支持基于固定優(yōu)先級(jí)搶占式調(diào)度；調(diào)度方法簡(jiǎn)單，可以滿足較高的實(shí)時(shí)性要求。

在內(nèi)存管理上，μC/OS-II把連續(xù)的大塊內(nèi)存按分區(qū)來管理，每個(gè)分區(qū)中都包含整數(shù)個(gè)大小相同的內(nèi)存塊，但不同分區(qū)之間內(nèi)存的大小可以不同。用戶動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存時(shí)，只須選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)姆謪^(qū)，按塊來分配內(nèi)存，釋放時(shí)將該塊放回到以前所屬的分區(qū)，這樣就消除了因多次動(dòng)態(tài)分配和釋放內(nèi)存所引起的碎片問題。

μC／OS-II中斷處理比較簡(jiǎn)單。一個(gè)中斷向量上只能掛一個(gè)中斷服務(wù)子程序ISR，而且用戶代碼必須都在ISR(中斷服務(wù)程序)中完成。

ISR需要做的事情越多，中斷延時(shí)也就越長(zhǎng)。

內(nèi)核所能支持的最大嵌套深度為255。

在文件系統(tǒng)的支持方面，由于μC／OS-II是面向中小型嵌入式系統(tǒng)的，即使包含全部功能，編譯后內(nèi)核也不到10 KB，所以系統(tǒng)本身并沒有提供對(duì)文件系統(tǒng)的支持。但是μC/OS-II具有良好的擴(kuò)展性能，如果需要也可自行加入文件系統(tǒng)的內(nèi)容。

在對(duì)硬件的支持上，μC/OS-II能夠支持當(dāng)前流行的大部分CPU，μC／OS-II由于本身內(nèi)核就很小，經(jīng)過裁剪后的代碼最小可以為2KB，所需的最小數(shù)據(jù)RAM空間為4 KB，μC／OS-II的移植相對(duì)比較簡(jiǎn)單，只需要修改與處理器相關(guān)的代碼就可以。

綜上可知，μC／OS-II是一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能完備和實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核，針對(duì)于沒有MMU功能的CPU，它是非常合適的。它需要很少的內(nèi)核代碼空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，擁有良好的實(shí)時(shí)性，良好的可擴(kuò)展性能，并且是開源的，網(wǎng)上擁有很多的資料和實(shí)例，所以很適合向stm32f103這款CPU上移植。

3、eCos

eCos(embedded Configurable operating system)，即嵌入式可配置操作系統(tǒng)。它是一個(gè)源代碼開放的可配置、可移植、面向深度嵌入式應(yīng)用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。最大特點(diǎn)是配置靈活，采用模塊化設(shè)計(jì)，核心部分由小同的組件構(gòu)成，包括內(nèi)核、C語(yǔ)言庫(kù)和底層運(yùn)行包等。每個(gè)組件可提供大量的配置選項(xiàng)(實(shí)時(shí)內(nèi)核也可作為可選配置)，使用eCos提供的配置工具可以很方便地配置，并通過不同的配置使得eCos能夠滿足不同的嵌入式應(yīng)用要求。

在實(shí)時(shí)性反面，由于eCos調(diào)度方法豐富，提供了兩種基于優(yōu)先級(jí)的調(diào)度器(即位圖調(diào)度器和多級(jí)隊(duì)列調(diào)度器)，允許用戶在進(jìn)行配置時(shí)選擇其中一個(gè)調(diào)度器，適應(yīng)性好。因此在實(shí)時(shí)性方面表現(xiàn)良好。

在內(nèi)存管理上eCos對(duì)內(nèi)存分配既不分段也不分頁(yè)，而是采用一種基于內(nèi)存池的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配機(jī)制。通過兩種內(nèi)存池來實(shí)現(xiàn)兩種內(nèi)存管理方法：一種是變長(zhǎng)的內(nèi)存池；另一種是定長(zhǎng)的內(nèi)存池，類似于VxWorks的管理方案。

在中斷管理上eCos使用了分層式中斷處理機(jī)制，把中斷處理分為傳統(tǒng)的ISR（中斷服務(wù)程序）和滯后中斷服務(wù)程序DSR（遞延服務(wù)程序）。類似于μClinux的處理機(jī)制，這種機(jī)制可以在中斷允許時(shí)運(yùn)行DSR，因此在處理較低優(yōu)先級(jí)中斷時(shí)允許高優(yōu)先級(jí)的中斷和處理。為了極大地縮短中斷延時(shí)，ISR應(yīng)當(dāng)可以快速運(yùn)行。如果中斷引起的服務(wù)量少，則ISR可以單獨(dú)處理中斷；如果中斷服務(wù)復(fù)雜，則ISR只屏蔽中斷源，然后交由DSR（遞延服務(wù)程序）處理。

eCos操作系統(tǒng)的可配置性非常強(qiáng)大，用戶可以自己加入所需的文件系統(tǒng)。eCos操作系統(tǒng)同樣支持當(dāng)前流行的大部分嵌入式CPU，eCos操作系統(tǒng)可以在16位、32位和64位等不同體系結(jié)構(gòu)之間移植。eCos由于本身內(nèi)核就很小，經(jīng)過裁剪后的代碼最小可以為10 KB，所需的最小數(shù)據(jù)RAM空間為10 KB。

在系統(tǒng)移植方面 eCos操作系統(tǒng)的可移植性很好，要比μC／OS-II和μClinux容易。

綜上所述，eCos最大特點(diǎn)是配置靈活，并且支持無MMU的CPU的移植，開源且具有很好的移植性，也比較合適于移植到stm32平臺(tái)的CPU上。但eCOS的應(yīng)用還不是太廣泛，還沒有像μC／OS-II那樣普遍，并且資料也沒有μC／OS-II多。eCos適合用于一些商業(yè)級(jí)或工業(yè)級(jí)對(duì)成本敏感的嵌入式系統(tǒng),例如消費(fèi)電子領(lǐng)域中的一些應(yīng)用。

4、FreeRTOS

由于RTOS需占用一定的系統(tǒng)資源(尤其是RAM資源)，只有μC／OS-II、embOS、salvo、FreeRTOS等少數(shù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能在小RAM單片機(jī)上運(yùn)行。相對(duì)于C／OS-II、 embOS等商業(yè)操作系統(tǒng)，F(xiàn)reeRTOS操作系統(tǒng)是完全免費(fèi)的操作系統(tǒng)，具有源碼公開、可移植、可裁減、調(diào)度策略靈活的特點(diǎn)，可以方便地移植到各種單片機(jī)上運(yùn)行，其最新版本為6.0版。

作為一個(gè)輕量級(jí)的操作系統(tǒng)，F(xiàn)reeRTOS提供的功能包括：任務(wù)管理、時(shí)間管理、信號(hào)量、消息隊(duì)列、內(nèi)存管理、記錄功能等，可基本滿足較小系統(tǒng)的需要。 FreeRTOS內(nèi)核支持優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法，每個(gè)任務(wù)可根據(jù)重要程度的不同被賦予一定的優(yōu)先級(jí)，CPU總是讓處于就緒態(tài)的、優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)先運(yùn)行。 FreeRT0S內(nèi)核同時(shí)支持輪換調(diào)度算法，系統(tǒng)允許不同的任務(wù)使用相同的優(yōu)先級(jí)，在沒有更高優(yōu)先級(jí)任務(wù)就緒的情況下，同一優(yōu)先級(jí)的任務(wù)共享CPU的使用 時(shí)間。

FreeRTOS的內(nèi)核可根據(jù)用戶需要設(shè)置為可剝奪型內(nèi)核或不可剝奪型內(nèi)核。當(dāng) FreeRTOS被設(shè)置為可剝奪型內(nèi)核時(shí)，處于就緒態(tài)的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)能剝奪低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的CPU使用權(quán)，這樣可保證系統(tǒng)滿足實(shí)時(shí)性的要求；當(dāng) FreeRTOS被設(shè)置為不可剝奪型內(nèi)核時(shí)，處于就緒態(tài)的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)只有等當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)主動(dòng)釋放CPU的使用權(quán)后才能獲得運(yùn)行，這樣可提高CPU的運(yùn)行 效率。

FreeRTOS的移植：

FreeRTOS操作系統(tǒng)可以被方便地移植到不同處理器上工作，現(xiàn)已提供了ARM、MSP430、 AVR、PIC、C8051F等多款處理器的移植。FrceRTOS在不同處理器上的移植類似于μC／0S一II，故本文不再詳述FreeRTOS的移 植。此外，TCP／IP協(xié)議棧μIP已被移植到FreeRTOS上，具體代碼可見FreeRTOS網(wǎng)站

FreeRTOS的不足：

相對(duì)于常見的μC／OS—II操作系統(tǒng)，F(xiàn)reeRTOS操作系統(tǒng)既有優(yōu)點(diǎn)也存在不足。其不足之處， 一方面體現(xiàn)在系統(tǒng)的服務(wù)功能上，如FreeRTOS只提供了消息隊(duì)列和信號(hào)量的實(shí)現(xiàn)，無法以后進(jìn)先出的順序向消息隊(duì)列發(fā)送消息；另一方 面，F(xiàn)reeRTOS只是一個(gè)操作系統(tǒng)內(nèi)核，需外擴(kuò)第三方的GUI(圖形用戶界面)、TCP／IP協(xié)議棧、FS(文件系統(tǒng))等才能實(shí)現(xiàn)一個(gè)較復(fù)雜的系統(tǒng)， 不像μC／OS-II可以和μC／GUI、μC／FS、μC／TCP-IP等無縫結(jié)合。

5、都江堰操作系統(tǒng)（djyos）

都江堰操作系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱djyos，得名于一個(gè)偉大的水利工程：都江堰。

與傳統(tǒng)操作系統(tǒng)不同，djyos不是以線程而是以事件為調(diào)度核心，這種調(diào)度算法使程序員擺脫模擬計(jì)算機(jī)執(zhí)行過程編寫程序的思維方式，而是按人類認(rèn)知世界的方式編寫應(yīng)用程序，就如同在嵌入式編程中引入了VC似的。djyos的調(diào)度算法使程序員可以擺脫線程和進(jìn)程的束縛，djyos沒有有關(guān)線程的api，一個(gè)完全不懂線程知識(shí)的程序員也可以順利地在djyos下編寫應(yīng)用程序。

djyos 操作系統(tǒng)是以事件為核心進(jìn)行調(diào)度的，這種調(diào)度策略使程序員可以按人類認(rèn)知事物的習(xí)慣而不是計(jì)算機(jī)的習(xí)慣來編程。

普通操作系統(tǒng)中，調(diào)度是以線程為核心的，事件被作為線程的數(shù)據(jù)，標(biāo)榜為“事件觸發(fā)”的軟件模型，也是由線程在一旁候著，待特定事件發(fā)生時(shí)線程恢復(fù)運(yùn)行并把它作為輸入數(shù)據(jù)加以處理。

以事件為核心的調(diào)度，則像設(shè)備和內(nèi)存一樣，把線程虛擬機(jī)作為處理事件所需要的資源看待，當(dāng)某事件需要處理時(shí)，分配或者創(chuàng)建一個(gè)線程虛擬機(jī)給該事件，并啟動(dòng)該線程虛擬機(jī)處理事件。

djysiV0.4.2發(fā)布，增加stm32版本的支持，能夠移植到cortex-m3 上（芯片為 stm32f103 ）。該系統(tǒng)適合于工業(yè)控制。系統(tǒng)源代碼開放，但并不是永久免費(fèi)。

由上所述，對(duì)于stm32f103來說，移植μC／OS-II、eCos、FreeRTOS、都江堰操作系統(tǒng)是合適的。