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新疆25选7走势:以NXP的Cortex-M系列为基础的linux系统与内存管理单元的关系详解

? 2018年07月12日 12:52 ? 次阅读

新疆25选7走势 www.ve66b.cn 单片机与应用处理器的核心区别到底是什么呢?是核心主频的差异?还是Linux系统的支持?又或者是处理器的架构?本文将以NXP的Cortex-M系列为例做简要介绍。

一、Cortex-M的定位

处理器的体系结构定义了指令集(ISA)和基于这一体系结构下处理器的程序员模型,通俗来讲就是相同的ARM体系结构下的应用软件是兼容的。从ARMv1到ARMv8,每一次体系结构的修改都会添加实用技术。

在ARMv7版本中,内核架构首次从单一款式变成3种款式。Cortex-M系列属于ARMv7结构下的一个款式:款式M??钍組包含的处理器有Cortex-M0、Cortex-M1、Cortex-M3、Cortex-M4以及Cortex-M7,以上处理器常被用于低成本、低功耗、高可靠的嵌入式实时系统中。它们既可以用于“裸片”开发又能运行实时操作系统,比如us/os-ll、VxWorks以及Aworks(致远电子开发)等。

以NXP的Cortex-M系列为基础的linux系统与内存管理单元的关系详解

● 款式A:高性能的处理器级平台,性能比肩计算机。

● 款式R:定位应用于高端嵌入式系统,高可靠及高时效性。

● 款式M:用于深度嵌入、定制的嵌入式系统。

值得注意的是,Cortex-M下的处理器没有内存管理单元MMU。

二、内存管理单元MMU

内存管理单元简称MMU,它负责虚拟地址到物理地址的映射,并提供硬件机制的内存访问权限检查。在多用户、多进程的操作系统中,MMU使得各个用户进程都有独立的地址空间。

以NXP的Cortex-M系列为基础的linux系统与内存管理单元的关系详解

任何微控制器都存在一个程序能够产生的地址集和,被称为虚拟地址范围。以32为机为例,虚拟地址范围为0~0xFFFFFFFF (4G)。当该控制器寻址一个256M的内存时,它的可用地址范围被限定为0x00000000~0x0FFFFFFF(256M)。在没有MMU的控制器中,虚拟地址被直接发送到内存总线上,以读写该地址下的物理存储器。在拥有MMU的控制器中,虚拟地址首先被发送到MMU中,被映射为物理地址后再发送到内存总线上。

以NXP的Cortex-M系列为基础的linux系统与内存管理单元的关系详解

注:上图仅简单反映内存管理的映射机制,权限映射、TLB快表、页表等概念不做深入讨论。

虚拟内存管理最主要的作用是让每个进程有独立的地址空间。不同进程中的同一个虚拟地址被MMU映射到不同的物理地址,并且在某一个进程中访问任何地址都不可能访问到另外一个进程的数据,这样使得任何一个进程由于执行错误指令或恶意代码导致的非法内存访问都不会意外改写其它进程的数据,不会影响其它进程的运行,从而保证整个系统的稳定性。另一方面,每个进程都认为自己独占整个虚拟地址空间,这样链接器和加载器的实现会比较容易,不必考虑各进程的地址范围是否冲突。

三、linux系统

一般将操作系统分为实时操作系统和非实时操作系统。实时操作系统大多为单进程、多线程(多任务),因此不涉及到线程间的地址空间分配,不需要使用MMU,例如VxWorks。Linux系统属于非实时性操作体统,多进程是其主要特点。

以Ubuntu为例,打开一个shell并且查看bash进程的地址范围如图4,它的地址范围为0x0000000000400000~0xffffffffff600000。

以NXP的Cortex-M系列为基础的linux系统与内存管理单元的关系详解

我们打开另一个shell,查看该shell中bash进程的地址范围,如图5。不难发现,两个不同bash进程的地址范围完全相同。其实操作系统或者用户在fork()进程时完全不需要考虑物理内存的地址分配,该工作由微控制器的内存管理单元MMU来做。

以NXP的Cortex-M系列为基础的linux系统与内存管理单元的关系详解

既然是多进程依赖了内存管理单元,那么在使用嵌入式linux时只开一个进程可以吗?肯定是不可行的!开机后即使用户什么都不做,可见的系统运行必须的进程已经运行了几十至上百个,如图6。

以NXP的Cortex-M系列为基础的linux系统与内存管理单元的关系详解

四、总结

综合以上内容,linux系统对内存管理单元有极强的依赖,若在没有MMU的处理器中运行linux,恐怕整个系统只能停留在Uboot阶段了。由于Cortex-m处理器没有内存管理单元,因此跑不了linux系统。任何事情都不是绝对的,如果你重写了linux内核且搭配足够大的内存芯片,从理论上来说是可以省掉MMU的。但是,这样的工作量,真的值得吗?实际上,MMU就是为了解决操作系统越来越复杂的内存管理而产生的。

五、拓展部分

很大一部分开发者选用嵌入式linux系统未能发挥出它的优势,仅仅是为了获得开发上的便利,比如以太网、4G上云、LCD驱动、文件系统、图像识别、python应用等等。那么有没有方法既能使用传统高实时性、低成本的单片机又不用面对繁琐的硬件驱动开发呢?广州致远电子有限公司推出的全新AWorks平台——IoT物联网生态系统正是为此而生。

AWorks的诞生极大的降低了开发者门槛,为开发者提供便利,使开发者可以忽略底层技术细节,专注产品“核心域”,更快的开发出具有竞争力的产品。同时,AWorks为开发者提供的是高度抽象的通用接口,基于AWorks平台的软件与底层硬件无关,可以“随心所欲”的跨平台复用(如更换MCU等等)??缃缬布钤谹Woeks IoT实时操作系统,让您的开发更容易,功能更强大。

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发表于 2018-05-27 05:31 ? 1445次阅读
联想提出预装单独的国产Linux系统的建议

基于Linux操作系统的服务器运行的同时,也会表...

最后是每个程序的资源占用列表,其中 CPU 的使用率是所有 CPU core 占用率的总和。通常执行...

发表于 2018-05-25 17:28 ? 1564次阅读
基于Linux操作系统的服务器运行的同时,也会表...

初学者是选ARM7还是ARM9?uCOS还是Li...

本文首先介绍了ARM7、ARM9和uCOS及Linux这四者的概念,其次阐述了ARM7与ARM9的区...

发表于 2018-05-25 11:16 ? 513次阅读
初学者是选ARM7还是ARM9?uCOS还是Li...

基于嵌入式Linux的语音识别系统硬软件设计详细...

该设计运用三星公司的S3C2440,结合ICRoute公司的高性能语音识别芯片LD3320,进行了语...

发表于 2018-05-24 15:15 ? 641次阅读
基于嵌入式Linux的语音识别系统硬软件设计详细...

嵌入式Linux主设备号和次设备号的获取

静态分配设备号,就是驱动程序开发者,静态地指定一个设备号。对于一部分常用的设备,内核开发者已经为其分...

发表于 2018-05-23 17:18 ? 686次阅读
嵌入式Linux主设备号和次设备号的获取

通过这10个基础命令开始掌握Linux命令行

如果你对 Linux 感兴趣,但是一直在使用 PC 或者 Mac 桌面,你可能想知道你需要知道什么才...

发表于 2018-05-21 17:21 ? 874次阅读
通过这10个基础命令开始掌握Linux命令行

用30个实例探索top命令的细节

最全Linux TOP命令使用教程!

发表于 2018-05-20 10:20 ? 671次阅读
用30个实例探索top命令的细节

技术帖:如何在 Linux 中使用 find

find 是日常工具箱中功能更强大、更灵活的命令行工具之一,因此值得花费更多的时间。

发表于 2018-05-20 10:11 ? 649次阅读
技术帖:如何在 Linux 中使用 find

NXP的Cortex-M系列为例做简要介绍Lin...

单片机与应用处理器的核心区别到底是什么呢?是核心主频的差异?还是Linux系统的支持?又或者是处理器...

发表于 2018-05-20 08:00 ? 1922次阅读
NXP的Cortex-M系列为例做简要介绍Lin...

驱动是如何工作的_Linux设备驱动的固件加载详...

作为一个驱动作者, 你可能发现你面对一个设备必须在它能支持工作前下载固件到它里面. 硬件市场的许多地...

发表于 2018-05-20 07:10 ? 589次阅读
驱动是如何工作的_Linux设备驱动的固件加载详...

CoreOS与红帽OpenShift联手推动混合...

红帽公布CoreOS与红帽 OpenShift集成的发展蓝图 CoreOS与红帽 OpenShift...

发表于 2018-05-20 00:44 ? 948次阅读
CoreOS与红帽OpenShift联手推动混合...

嵌入式Linux的开机启动流程简单的介绍

这里ROM Code是上电后最先执行的动作,就相当一个启动引导的过程;U-Boot除了初始外设外,还...

发表于 2018-05-18 15:04 ? 956次阅读
嵌入式Linux的开机启动流程简单的介绍

设备驱动模型直观的认识

可以看到,我们在使用kobject、kset、ktype结构,就在sysfs虚拟文件系统下创建(通过...

发表于 2018-05-18 14:58 ? 484次阅读
设备驱动模型直观的认识
  • 一起嗨起来!大国重器组团跳“机械舞” 2018-12-16
  • 从朝美的对话和双方表现的诚意来看,形势正向好的方向发展。这应了中国那句解铃还需系铃人的老话,只有当事国之间的直接对话才能真正解决问题,其它都是弯路。 2018-12-16
  • 回复@笑傲江湖V:咱那么多帖子一个赞都没有,又是咋回事呢? 2018-12-16
  • 事实说问题,怎会是没好也得好。 2018-12-15
  • 一语惊坛(5月7日):宏志展翅挫愈奋,青春闪耀益人寰。 2018-12-15
  • [微笑]别忘了马克思在说“按需分配”之前还说了一个“各尽所能”,咋各尽所能?就必须根据人与人的差异性按劳(劳动价值或劳动能力)分配! 2018-12-14
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