市面上主流嵌入式操作系統(tǒng)（RTOS）介紹

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS，Real-Time Operating System)是一種能夠在確定的時(shí)間內(nèi)對(duì)外部輸入做出反應(yīng)的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在工業(yè)控制、航空航天、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，因?yàn)樗鼈冃枰ＷC系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。

滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制要求的嵌入式操作系統(tǒng)(RTOS)操作系統(tǒng)，以下介紹11種主流的RTOS，分別為RTX、Vxworks、QNX、NuttX、μClinux、FreeRTOS，而國(guó)產(chǎn)的嵌入式操作系統(tǒng)包括都江堰操作系統(tǒng)(djyos)、IntewellOS、Alios Things、Huawei LiteOS、SylixOS。

1、RTX

RTX是ARM公司的一款嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，使用標(biāo)準(zhǔn)的C結(jié)構(gòu)編寫(xiě)，運(yùn)用RealView編譯器進(jìn)行編譯。不僅僅是一個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核，還具備豐富的中間層組件，不但免費(fèi)，而且代碼也是開(kāi)放的。

主要功能：開(kāi)始和停止任務(wù)(進(jìn)程)，除此之外還支持進(jìn)程通信，例如任務(wù)的同步、共享資源(外設(shè)或內(nèi)存)的管理、任務(wù)之間消息的傳遞。開(kāi)發(fā)者可以使用基本函數(shù)去開(kāi)啟實(shí)時(shí)運(yùn)行器，去開(kāi)始和終結(jié)任務(wù)，以及去傳遞任務(wù)間的控制(輪轉(zhuǎn)調(diào)度)。開(kāi)發(fā)者可以賦予任務(wù)優(yōu)先級(jí)。

主要特點(diǎn)：支持時(shí)間片，搶占式和合作式調(diào)度。不限制數(shù)量的任務(wù)，每個(gè)任務(wù)都具有254的優(yōu)先級(jí)。不限制數(shù)量的信號(hào)量，互斥信號(hào)量，消息郵箱和軟定時(shí)器。支持多線(xiàn)程和線(xiàn)程安全操作。使用MDK基于對(duì)話(huà)框的配置向?qū)?，可以很方便的完成MDK的配置。

2、Vxworks

美國(guó)WindRiver公司于1983年設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系(RTOS)，具有硬實(shí)時(shí)、確定性與穩(wěn)定性，也具備航空與國(guó)防、工業(yè)、醫(yī)療、汽車(chē)、消費(fèi)電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)及其他行業(yè)要求的可伸縮性與安全性。

主要功能：

支持可預(yù)測(cè)的任務(wù)同步機(jī)制、支持多任務(wù)間的通信、存儲(chǔ)器優(yōu)化管理、操作系統(tǒng)的(中斷延遲、任務(wù)切換、驅(qū)動(dòng)程序延遲等)行為是可知的和可預(yù)測(cè)的。實(shí)時(shí)時(shí)鐘服務(wù)+中斷管理服務(wù)。

主要特點(diǎn)：

具有一個(gè)高性能的操作系統(tǒng)內(nèi)核Wind(實(shí)時(shí)性好、可裁減)友好的開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境、較好的兼容性、支持多種開(kāi)發(fā)和運(yùn)行環(huán)境。

3、QNX

QNX誕生于1980年，是一種商用的遵從POSIX規(guī)范的類(lèi)Unix嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

主要功能：支持在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)調(diào)度執(zhí)行多個(gè)任務(wù);也可以讓多個(gè)用戶(hù)共享一臺(tái)計(jì)算機(jī)，這些用戶(hù)可以通過(guò)多個(gè)終端向系統(tǒng)提交任務(wù)，與QNX進(jìn)行交互操作。

主要特點(diǎn)：核心僅提供4種服務(wù)：進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、底層網(wǎng)絡(luò)通信和中斷處理，其進(jìn)程在獨(dú)立的地址空間運(yùn)行。所有其它OS服務(wù)，都實(shí)現(xiàn)為協(xié)作的用戶(hù)進(jìn)程，因此QNX核心非常小巧(QNX4.x大約為12Kb)而且運(yùn)行速度極快。

4、NuttX

NuttX是一個(gè)實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)(Embedded RTOS)，第一個(gè)版本由 Gregory Nutt 于 2007 年在寬松的 BSD 許可證下發(fā)布。

主要功能：可以構(gòu)建為開(kāi)放的、平面的嵌入式 RTOS，或單獨(dú)構(gòu)建為具有系統(tǒng)調(diào)用接口的微內(nèi)核。容易擴(kuò)展到新的處理器架構(gòu)、 SoC 架構(gòu)或板級(jí)架構(gòu)。實(shí)時(shí)的、確定性的、支持優(yōu)先級(jí)繼承。BSD 套接字接口。優(yōu)先級(jí)管理的擴(kuò)展?？蛇x的具有地址環(huán)境的任務(wù)(進(jìn)程)。

主要特點(diǎn)：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(guò)不同的配置使得eCos能夠滿(mǎn)足不同的嵌入式應(yīng)用要求。

5、μClinux

μClinux是一種優(yōu)秀的嵌入式Linux版本，其全稱(chēng)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](méi)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(lái)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。

綜上可知，μClinux最大特點(diǎn)在于針對(duì)無(wú)MMU處理器設(shè)計(jì)，這對(duì)于沒(méi)有MMU功能的stm32f103來(lái)說(shuō)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(kāi)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。

6、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(kāi)、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(mǎn)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(méi)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。

7、都江堰操作系統(tǒng)(djyos)

都江堰操作系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)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(xiàn)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(guò)程編寫(xiě)程序的思維方式，而是按人類(lèi)認(rèn)知世界的方式編寫(xiě)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(xiàn)程和進(jìn)程的束縛，djyos沒(méi)有有關(guān)線(xiàn)程的api，一個(gè)完全不懂線(xiàn)程知識(shí)的程序員也可以順利地在djyos下編寫(xiě)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(lèi)認(rèn)知事物的習(xí)慣而不是計(jì)算機(jī)的習(xí)慣來(lái)編程。

8、IntewellOS

Intewell操作系統(tǒng)是科東軟件基于“道”系統(tǒng)研發(fā)出來(lái)的一款微內(nèi)核實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)，具備軟件定義控制、高實(shí)時(shí)、微內(nèi)核、微秒級(jí)響應(yīng)、高可靠、全國(guó)產(chǎn)自主可控、多業(yè)務(wù)承載、軟硬件解耦等一系列的特性。

主要功能：

具有良好的可擴(kuò)展性、友好的用戶(hù)開(kāi)發(fā)環(huán)境和豐富的開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，提供POSIX接口，支持目前市面上的主流芯片。Intewell還可以提供Windows和Linux的實(shí)時(shí)擴(kuò)展解決方案，可以為用戶(hù)更好地進(jìn)行業(yè)務(wù)部署。

主要特點(diǎn)：

可以單個(gè)RTOS在多核上運(yùn)行，高實(shí)時(shí)、高可靠;驅(qū)動(dòng)、組件等運(yùn)行在核心態(tài)外的非特權(quán)級(jí)空間中，系統(tǒng)隔離性和可靠性高;采用用戶(hù)級(jí)線(xiàn)程，線(xiàn)程切換性能以及線(xiàn)程間的同步、通信性能更高;支持X86、ARM、RISC-V等各種架構(gòu)的硬件平臺(tái)。

9、Alios Things

據(jù)著名媒體嵌入式操作系統(tǒng)RTOS介紹，AliOS Things 是 AliOS 家族旗下、面向 IoT 領(lǐng)域的、高可伸縮的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。AliOS Things將致力于搭建云端一體化IoT基礎(chǔ)設(shè)施，具備極致性能、極簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)、云端一體、豐富組件、安全防護(hù)等關(guān)鍵能力，并支持終端設(shè)備連接到阿里云Link，可廣泛應(yīng)用在智能家居、智慧城市、新出行等領(lǐng)域。

10、Huawei LiteOS

嵌入式操作系統(tǒng)RTOS介紹，Huawei LiteOS 是華為面向IoT領(lǐng)域，構(gòu)建的輕量級(jí)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，以輕量級(jí)低功耗、快速啟動(dòng)、互聯(lián)互通、安全等關(guān)鍵能力，為開(kāi)發(fā)者提供 “一站式” 完整軟件平臺(tái)，有效降低開(kāi)發(fā)門(mén)檻、縮短開(kāi)發(fā)周期。

11、SylixOS

嵌入式操作系統(tǒng)RTOS介紹，SylixOS 是一個(gè)開(kāi)源的跨平臺(tái)的大型實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)，SylixOS誕生于2006年，經(jīng)過(guò)十多年的持續(xù)開(kāi)發(fā)，SylixOS 已成為功能最為全面的國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)之一。目前已有眾多產(chǎn)品和項(xiàng)目應(yīng)用案例，行業(yè)涉及航空航天、軍事防務(wù)、軌道交通、智能電網(wǎng)、工業(yè)自動(dòng)化等諸多領(lǐng)域。SylixOS 完全符合 POSIX 規(guī)范，開(kāi)源社區(qū)豐富的自由軟件移植非常方便。

開(kāi)發(fā)者在選擇RTOS時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求來(lái)選擇合適的系統(tǒng)。例如，在資源有限的嵌入式系統(tǒng)中，可以選擇輕量級(jí)的FreeRTOS或μC/OS;在對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性要求較高的場(chǎng)景中，可以選擇VxWorks或QNX。通過(guò)了解和比較這些RTOS的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)者可以更加明智地做出選擇，以滿(mǎn)足項(xiàng)目的實(shí)際需求。