Nucleus 操作系统

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Nucleus 是一个由西门子公司旗下的 Mentor Graphics 嵌入式软件部门开发的实时操作系统 (RTOS)，支持 32 位和 64 位嵌入式系统平台。Nucleus 操作系统 (OS) 主要用于医疗、航空航天、工业、消费电子和物联网 (IoT) 应用中的实时嵌入式系统。

在本文中，我们将探讨 Nucleus 操作系统及其组件和功能。

Nucleus 操作系统

Nucleus OS 最初于 1993 年推出。最新版本 3.x 提供了各种功能，包括 64 位支持、安全认证、电源管理和进程模型。它还支持异构计算多核片上系统 (SOC) 处理器。

在基于 ARMv7/8 和 Cortex-A/R/M 内核以及其他具有内存保护单元 (MPU) 或内存管理单元 (MMU) 的 SOC 上，Nucleus OS 进程架构利用空间域分区来隔离任务和模块。

Nucleus 操作系统组件图

Nucleus 操作系统的组件

文件系统

与 Windows 和类 Unix 操作系统不同，Nucleus OS 不需要文件系统即可运行。但是，Nucleus 为需要本地存储的复杂应用程序提供了多种文件系统，例如 SAFE、FAT 和 LWEXT。

网络

Nucleus 网络协议栈支持 60 多种网络协议，这是一个 IPv4 和 IPv6 协议栈。Nucleus OS 网络协议栈包括一个简单的基于套接字的应用程序接口，并支持 POSIX。此外，它还支持多种协议，例如文件传输协议 (FTP)、点对点协议 (PPP)、安全外壳 (SSH)、以太网点对点协议 (PPPoE)、简单网络管理协议 (SNMP) 和互联网控制消息协议 (ICMP)。

UI 视觉效果

Nucleus OS 3.x 版本与 OpenGL 和最常用的第三方 UI 库兼容。Nucleus OS 支持用于调试和跟踪的代码优化和集成的 Qt 用户界面框架。此操作系统支持的其他两个 UI 是 Embedded Wizard 和 Socionext CGI Studio。

安全

Nucleus OS 提供一系列加密选项，用于安全通信，以保护数据在静止或传输过程中的安全。Nucleus OS 包括 OpenSSL 和 wolfSSL（以前称为 CyaSSL），后者是一个类似 OpenSSL 的软件包，对于需要加密但内存容量有限的设计来说，它比 OpenSSL 小得多。数据在传输过程中受到多种安全协议的保护，包括 SSH、DTLS、IPsec/IKE、TLS 和 SSL。

商业

Nucleus 集成了工业领域领先第三方提供的协议栈。KoenigPa EtherCAT、Softing EtherNet/IP 和 OPC 统一架构主机和客户端提供了工业协议栈。

安全认证

Nucleus SafetyCert 已获得 IEC 62304、DO-178C、IEC 61508 和 ISO 26262 最高安全等级的认证。

多核

Nucleus 操作系统在非对称多处理 (AMP) 和对称多处理 (SMP) 模式下都支持领先的 32 位和 64 位异构多核 SoC。作为通用操作系统，Nucleus OS 还可以与 Mentor Embedded Hypervisor 一起使用。

连接性

Nucleus 可以使用多种接口与外部设备通信，包括 PCI、安全数字 (SDIO)、SPI、PCI-X 和 PCIe、QSPI、USB 2.0 和 3.0、功能、USB 主机和 On-The-Go (OTG) 协议栈。

物联网和云

Nucleus RTOS 解决方案支持行业标准的云和物联网技术。Nucleus RTOS 产品都支持嵌入式物联网框架和用于安全物联网架构的多云解决方案。

服务

西门子嵌入式提供各种专家服务，包括 SoC、板级支持包、移植到新处理器以及客户特定的硬件，以使客户能够在他们的环境中使用 Nucleus 操作系统解决方案。

Nucleus 操作系统的功能

凭借其众多功能，Nucleus 操作系统是创建嵌入式系统的强大选择。Nucleus OS 的主要特点如下：

实时性能 - Nucleus OS 旨在实时响应，并提供快速的中断响应时间和一致的行为。它保证了时间敏感的任务能够在截止日期前完成并保持严格的时间管理。

最小内存占用 - 由于其最小内存占用，该操作系统适合内存和计算能力有限的设备。这使得 Nucleus OS 能够用于各种嵌入式系统，包括使用廉价微控制器的系统。

可扩展性 - Nucleus OS 具有高度的可配置性和可扩展性。它提供了一个模块化架构，使设计人员能够仅添加必要的组件，最大限度地利用系统资源并自定义操作系统以满足特定需求。

多任务和多线程 - 该操作系统支持多任务和多线程，允许在单个 CPU 上同时执行多个任务。这使得创建具有多个执行线程的复杂程序变得更容易，从而提高了系统效率。

设备驱动程序和中间件 - Nucleus OS 提供了完整的中间件和设备驱动程序选择。它提供了对各种外围设备的支持，包括 UART、USB、以太网、显示控制器等。中间件组件简化了文件系统、网络功能和通信协议的创建。

内存保护 - 为了保证系统完整性，Nucleus OS 具有内存保护机制。它提供内存保护单元 (MPU) 和内存管理单元 (MMU) 来将任务彼此的内存区域隔离开，并防止干扰。

电源管理 - 该操作系统具有电源管理工具，以减少嵌入式系统消耗的能量。它具有节电功能，使设备在不使用时能够进入低功耗状态，从而延长电池寿命。

结论

Nucleus 操作系统是一个功能丰富的实时嵌入式操作系统，专为资源受限的环境而构建。由于其占用空间小且适应性强，因此它非常适合各种嵌入式系统，从简单的微控制器到复杂的嵌入式处理器。Nucleus OS 凭借其实时性能、多任务和多线程功能以及广泛的设备驱动程序和中间件集，为开发人员提供了一个可靠且有效的平台来创建嵌入式应用程序。