聊一聊嵌入式中常用的实时操作系统（RTOS）

嵌入式Linux系统 VS RTOS

一提到嵌入式的操作系统，自然绕不开嵌入式Linux操作系统。嵌入式linux 是将日益流行的Linux操作系统进行裁剪修改，使之能在嵌入式计算机系统上运行。它性能优异，软件移植容易，代码开放，有许多应用软件支持，应用产品开发周期短，新产品上市迅速，所以在不同行业，尤其是消费类电子产品中广泛使用。

　　然而即便如此，嵌入式Linux操作系统也有其难以弥补的缺陷：

- Linux操作系统有庞大的内核，对任何中断指令的响应都需要一个复杂的处理过程，对一些需要快速响应的场合显得有些力不从心。

- 软硬件成本较高，需要功能强劲的MCU和外部资源，不适用于低成本的产品

- 相对而言，配备嵌入式Linux会导致功耗较高，不适用于功耗要求严格应用场合

 

因为上述提及的一些缺陷，所以在对实时性要求比较高，成本控制比较严格或者低功耗应用等场合，常常会使用实时操作系统RTOS。（注：原生Linux系统是分时操作系统，一些衍生的嵌入式Linux进行了优化和改进，也能做到很高的实时性，也可以认为是RTOS）。

简单来说，实时操作系统（RTOS）是指当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理，其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系 统作出快速响应，并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。主要特点如下：

1）高精度计时系统

计时精度是影响实时性的一个重要因素。在实时应用系统中，经常需要精确确定实时地操作某个设备或执行某个任务，或精确的计算一个时间函数。这些不仅依赖于一些硬件提供的时钟精度，也依赖于实时操作系统实现的高精度计时功能。

2）多级中断机制

一个实时应用系统通常需要处理多种外部信息或事件，但处理的紧迫程度有轻重缓急之分。有的必须立即作出反应，有的则可以延后处理。因此，需要建立多级中断嵌套处理机制，以确保对紧迫程度较高的实时事件进行及时响应和处理。

3）实时调度机制

实时操作系统不仅要及时响应实时事件中断，同时也要及时调度运行实时任务。

 

RTOS使用现状

一起来看一份某调查机构关于嵌入式操作系统的调研结果。（摘自2015全球嵌入式市场分析报告）

调查用户分布

 

操作系统占有率

 

下一年度考虑使用的操作系统比例

从调查结果可以看到市场占用率前两名分别为uc/OS（II + III 27%）和FreeRTOS（22%）。这两款RTOS即便在国内用的比较多。除此之外，从我了解的情况来说，国内也有不少人士使用Keil RTX，TI的DSP/BIOS。另外由国内人士自己开发的RT-Thread近几年也越来越多人使用。

 

uc/OS

俗话说得好，早起的鸟儿有虫吃。uc/OS能够在国内普及的很大一个原因是因为uc/OS比较早被介绍到中国，早在七八年前小编上大学期间，就有uc/OS的课程，教材用的是邵贝贝教授翻译的《嵌入式实时操作系统uC/OS-II》。这本书也让许多行业人士入了RTOS的门。另外uc/OS教材案例丰富，官网也有提供基于不同嵌入式芯片移植好的demo，交流论坛也有不少，大大降低了使用门槛。详细介绍就不贴上，相信大家再熟悉不过了。然而商业上使用uc/OS是需要付版权费的，而且费用不菲。所以虽然国内用的人很少，但是真正向Micrium公司购买版权的公司全中国估计不超过10个（至少2012年的时候，只有两家公司有购买版权）。官网链接： 

https://www.micrium.com/

 

FreeRTOS

FreeRTOS欧美用得比较多，以前的公司有个与欧美同事合作项目，人家点名要求使用FreeRTOS。国内目前用得并不算太多，但是发展趋势不错。

同uc/OS类似，FreeRTOS也是一个轻量级的实时操作系统内核，功能包括：任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理、记录功能、软件定时器、协程等，可基本满足较小系统的需要。官网的移植demo和教程现在也非常全面了，基本上的嵌入式芯片都已经覆盖，可以前往官网下载。相比uc/OS，FreeRTOS的主要优势在于：

- 内核文件占用RAM，ROM的要求少一些（其实差异不大，但是对于片内资源较少的MCU也算是一种优势）

- 支持协程，可以共享stack，进一步降低RAM的消耗

- 支持有同等优先级的任务，可以使用时间片轮转的方式进行调度

- 当然，最终要的是商业使用是免费的

 

TI DSP/BIOS

DSP/BIOS是TI公司特别为其TMS320C6000TM，TMS320C5000TM和TMS320C28xTM系列DSP平台（貌似现在已经支持更多TI的芯片）所设计开发的一个尺寸可裁剪的实时多任务操作系统内核，具有实时操作系统的诸多功能，如任务的调度管理、任务间的同步和通信、内存管理、实时时钟管理、中断服务管理、外设驱动程序管理等。如果你有使用上述DSP芯片，建议你使用这款RTOS。之前使用过一段时间，我觉得它最大的优势在于TI已经将DSP/BIOS集成到了CCS开发环境中了，你可以通过可视化界面去配置任务，中断，时钟，资源分配等，简单易上手。

 

RT-Thread

RT-Thread是一款来自中国的开源嵌入式实时操作系统，由国内一些专业开发人员从2006年开始开发、维护，除了类似FreeRTOS和UCOS的实时操作系统内核外，也包括一系列应用组件和驱动框架，如TCP/IP协议栈，虚拟文件系统，POSIX接口，图形用户界面，FreeModbus主从协议栈，CAN框架，动态模块等，因为系统稳定，功能丰富的特性被广泛用于新能源，电网，风机等高可靠性行业和设备上，已经被验证是一款高可靠的实时操作系统。

        RT-Thread实时操作系统遵循GPLv2+许可证，实时操作系统内核及所有开源组件可以免费在商业产品中使用，不需要公布应用源码，没有任何潜在商业风险。这款RTOS只在若干年前关注过，一直没亲自体验过，希望这款国人自己开发的RTOS能越走越远，真正开启下一代操作系统演化。官网链接：http://www.rt-thread.org/

 

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