RTOS內(nèi)存利用率

大多數(shù)非常復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)都采用某種操作系統(tǒng)——通常是 RTOS。最終，操作系統(tǒng)是一種開銷，它使用了應(yīng)用程序代碼本來可以使用的時間和內(nèi)存。由于嵌入式系統(tǒng)的資源有限，因此需要仔細(xì)評估這種開銷，這通常會導(dǎo)致有關(guān) RTOS 內(nèi)存占用的問題。本文探討了 RTOS 如何使用內(nèi)存以及為什么內(nèi)存占用問題可能很難回答。

RTOS 有多大?

如果您正在考慮購買實時操作系統(tǒng)(或者，就此而言，嵌入式應(yīng)用程序的任何軟件 IP)，您可能希望獲得有關(guān)其使用的內(nèi)存量的明確信息。 RTOS 供應(yīng)商很可能不愿意(或者更準(zhǔn)確地說，實際上)無法為您提供如此看似顯而易見的信息。其原因在于存在大量的變數(shù)。

什么類型的內(nèi)存?

問題是我們要考慮什么樣的內(nèi)存。從廣義上講，有只讀存儲器(ROM——現(xiàn)在通常是閃存)和讀/寫存儲器(RAM)。 ROM是存儲代碼和常量數(shù)據(jù)的地方; RAM 用于變量。然而，為了提高性能，在啟動時將代碼/數(shù)據(jù)從 ROM 復(fù)制到 RAM，然后使用 RAM 副本的情況并不罕見。這是有效的，因為 RAM 通常比 ROM 的訪問速度更快。因此，在考慮 RTOS 占用空間時，您需要考慮 ROM 和 RAM 大小，包括 RAM 復(fù)制的可能性。

這個問題可能會變得更加復(fù)雜。可能有片上 RAM 和外部存儲器可用。片上存儲可能更快，因此確保 RTOS 代碼/數(shù)據(jù)存儲在那里可能是有利的，因為其性能將影響整個應(yīng)用程序。以類似的方式，代碼/數(shù)據(jù)可以被鎖定到高速緩沖存儲器中，這往往會提供更高的性能。

代碼大小問題

有多種因素會影響代碼的大小：

CPU 架構(gòu)

CPU 架構(gòu)對 RTOS 內(nèi)存占用量有很大影響。例如，PowerPC 的代碼大小可能與 ARM 有很大不同。為 Thumb-2 構(gòu)建的代碼可能比 ARM 小得多。唯一可接受的數(shù)字是為您計劃使用的特定 CPU 構(gòu)建的代碼的數(shù)字

編譯器優(yōu)化

在構(gòu)建代碼(如 RTOS)時，應(yīng)用于編譯器的優(yōu)化設(shè)置會影響大小和執(zhí)行速度。大多數(shù)時候，為最高性能(即最快)構(gòu)建的代碼會更大;優(yōu)化為較小的代碼運行速度會較慢。 RTOS 通常是為了性能而不是尺寸而構(gòu)建的。盡管 RTOS 供應(yīng)商想要強調(diào)其產(chǎn)品的小尺寸，可能會做出不同的選擇。

RTOS 配置

實時操作系統(tǒng)往往是非常可配置的，并且該配置可以極大地改變 RTOS 的大小。大多數(shù) RTOS 產(chǎn)品都是可擴展的，因此內(nèi)存占用量由應(yīng)用程序使用的實際服務(wù)決定。這種可擴展性的粒度因產(chǎn)品而異。在某些情況下，每項單獨的服務(wù)都是可選的;在其他情況下，包括或排除整個服務(wù)組 - 即，如果需要支持特定類型的 RTOS 對象(例如信號量)，則包括所有相關(guān)服務(wù)。在更大的范圍內(nèi)，其他選項(例如圖形、網(wǎng)絡(luò)和其他連接)將影響代碼大小，因為可能需要或不需要/包括這些選項。

運行時庫

通常，運行時庫將與 RTOS 一起使用;需要容納此代碼。同樣，作為庫的代碼可以根據(jù)特定應(yīng)用程序的需要很好地擴展。

數(shù)據(jù)大小問題

除了變量的基準(zhǔn)存儲量之外，RTOS 的 RAM 要求同樣會受到許多因素的影響：

編譯器優(yōu)化

與代碼一樣，編譯器優(yōu)化也會影響數(shù)據(jù)大小。打包(壓縮)數(shù)據(jù)較小，但需要更多指令，因此需要更多時間來訪問。

RTOS 對象

應(yīng)用程序使用的 RTOS 對象(任務(wù)、郵箱、信號量等)的數(shù)量將影響 RTOSRAM 的使用，因為每個對象都需要一些 RAM 空間。

堆棧

通常，操作系統(tǒng)有一個堆棧，每個任務(wù)都有自己的堆棧;這些都必須存儲在 RAM 中。在每個 RTOS 中，該空間的分配可能會有所不同，但永遠(yuǎn)不能忽略。

動態(tài)內(nèi)存

如果 RTOS 提供動態(tài)(分區(qū)/塊)內(nèi)存分配并由應(yīng)用程序使用，則需要為內(nèi)存池提供空間。

靜態(tài)和動態(tài) RTOS 配置

早期的 RTOS 產(chǎn)品需要在構(gòu)建時(即靜態(tài))執(zhí)行配置。隨著技術(shù)的進(jìn)步，動態(tài)創(chuàng)建(和銷毀)RTOS 對象的工具變得司空見慣。現(xiàn)在很難找到允許靜態(tài)配置的 RTOS。這些選項對內(nèi)存利用率的影響很有趣。

靜態(tài)配置的 RTOS 保存了 ROM 中有關(guān) RTOS 對象的大部分?jǐn)?shù)據(jù)。有些信息需要復(fù)制到RAM，因為它在執(zhí)行過程中會改變，但需要初始化。其他對象在運行時需要額外的 RAM 空間。

動態(tài)配置的 RTOS 將所有對象數(shù)據(jù)保存在 RAM 中，而不保存在 ROM 中。然而，對 ROM 空間的影響很大，因為需要額外的服務(wù)調(diào)用來執(zhí)行對象創(chuàng)建和銷毀。

現(xiàn)實的答案

現(xiàn)在應(yīng)該清楚為什么期望對“xyz RTOS 有多大?”這個問題給出直接而簡單的答案是不合理的。實際上，預(yù)期的最佳響應(yīng)可能是這樣的：

“在 ARM 模式下在 ARM Cortex A8 上運行的 Nucleus RTOS 產(chǎn)生 12-30 K 的 ROM 大小和 500 字節(jié)的 RAM。低端 ROM 大小包括基本服務(wù);高值包括所有服務(wù)。不包括運行時庫。為 Thumb-2 模式構(gòu)建 RTOS 可將 ROM 大小減少三分之一以上?！?