瑞萨
CPMG2UL 单核Cortex®-A55,1.0GHz,2路千兆,2路CAN FD
CPMG2L 双核Cortex®-A55,1.2GHz,2路千兆,2路CAN FD
TI
M62xx 1.4GHz,3路CAN FD,2路千兆,9路串口
M6442 1.0GHz,5路TSN千兆网口,支持EtherCAT,GPMC
M65xx 1.1GHz,扩展18串口或6路千兆网口
M335x-T 800MHz,6串口,双网口,双CAN
A3352系列无线IoT核心板 800MHz,WiFi,蓝牙,RFID
NXP
M6Y2C 800MHz,8串口,双网口,大容量
A6G2C系列无线IoT核心板 528MHz,ZigBee,
Mifare,WiFi,蓝牙
A6Y2C系列无线IoT核心板 800MHZ,8串口,WiFi,蓝牙
M6G2C 528MHz,双网口,8串口,双CAN
M6708-T 双核/四核,800MHz/1GHz,专注多媒体
瑞芯微
M3568 四核A55,2GHz,NPU,GPU,VPU
M1808 双核A35,1.6GHz,AI核心板,3 TOPs NPU
M1126 四核A7,1.5GHz,2.0 TOPs NPU
先楫
MR6450/MR6750 15路串口,4路CAN FD,2路千兆
芯驰
MD9340/MD9350 真多核异构A55+R5,1.6GHz,
2路千兆,4路CAN FD
MD9360 六核 Cortex®-A55,1.6GHz,2路千兆,4路CAN FD
君正
MX2000 1.2GHz,快速启动,实时系统
Xilinx
M7015 双核Cortex®-A9+FPGA,766MHz

为何Cortex®-M处理器运行不了linux

1 . 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Arm®v1到Arm®v8,每一次体系结构的修改都会添加实用技术。

在Arm®v7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Arm®v7结构下的一个款式:款式M。款式M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。
图1 Arm®v7下的Cortex®系列

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。

2 . 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。

图2 MMU的地位

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。

图3 内存管理机制

3 . 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。

图4 shell 1中的bash地址

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。

图5 shell 2中的bash地址

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。

图6 进程树

4 . 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。

5 . 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(www.giftslook.com)推出的全新AWorks平台——IoT物联网生态系统正是为此而生。

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