为何要学RTOS，了解下RTOS的特点

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目录

笔记

为何要学RTOS？

如何选择RTOS？

RT-Thread——国产RTOS系统

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为何要学RTOS，我们应该如何选择一款好的RTOS？

 

我们为什么要学RTOS？学习RTOS能够在现实中解决哪些问题？

 

对于这两个学习嵌入式系统开发的问题，想必已经是被问得最多的了。那么，学习RTOS究竟有哪些好处，学成之后该如何去应用RTOS？

笔记

在嵌入式应用领域，很多场合对系统的实时性要求严格，因此操作系统的选择要基于实时系统。实时多任务操作系统(Real Time Operating System，简称RTOS)。

RTOS系统强调实时性、短时间内响应，满足物联网高速、实时、可确定性、可靠性等诸多优势，同时也是实时商用多任务os，追求系统资料的最大利用率，未来前途广阔；RTOS代码量少，是编写管理代码的最佳系统。相比通用linux系统，就包含调度、文件、网络、驱动等完整代码，而RTOS仅包含调度、同步、互斥、时钟等代码，并能根据应用需求实际增加，大大减少编写和管理工作量。

选择RTOS要考虑的要素：1.成本；2.可靠性；3.实时性；4.工具链；5.模块丰富；6.RTOS 内核 RAM、ROM 占用量；7.支持

为何要学RTOS？

 

在实际项目中，如果程序等待一个超时事件，在传统无RTOS情况下，要么在原地一直等待而不能执行其他任务，要么使用复杂的状态机机制。如果使用RTOS，则可以很方便的把当前任务阻塞在该事件下，然后去执行别的任务，这个显然更加方便、也能更高效利用CPU资源。

 

RTOS可应用于任务复杂的场合，随着物联网的发展，未来的嵌入式产品必然向着更为复杂、连接性更强以及需要更丰富的用户界面，因此，一个好的RTOS变得不可或缺；

 

RTOS系统强调实时性、短时间内响应，满足物联网高速、实时、可确定性、可靠性等诸多优势，同时也是实时商用多任务os，追求系统资料的最大利用率，未来前途广阔；

 

RTOS代码量少，是编写管理代码的最佳系统。相比通用linux系统，就包含调度、文件、网络、驱动等完整代码，而RTOS仅包含调度、同步、互斥、时钟等代码，并能根据应用需求实际增加，大大减少编写和管理工作量。

 

如何选择RTOS？

 

当您决定使用 RTOS，下面的问题就是选择什么 RTOS 了。市面上的RTOS实在是太多，各种各样的都有，我们选择一个RTOS的时候，可能要权衡以下因素：

 

1.成本

2.可靠性

3.实时性

4.工具链

5.模块丰富

6.RTOS 内核 RAM、ROM 占用量

7.支持

 

成本主要是 RTOS 的版费、学习成本。这个差别可大了，有些操作系统，如商业的VxWorks、QNX、Lynx、uC/OS，贵啊，但拍了银子，人家肯定会教您上手的。但很多操作系统，如 FreeRTOS、 RTEMS、ecos、RT-Thread，商业使用几乎是没有成本的，也没有任何的版权问题。撇开这些商业收费的 RTOS 不谈，就谈这些开源免费的 RTOS，成本主要是学习成本了。如RTEMS这种操作系统就不太好学，资料少，本身的复杂度也高；如 FreeRTOS，小巧，研究的人也多，本身代码也不复杂，学习曲线不陡峭，很容易爬上去。

 

可靠性是靠时间沉淀的。市场上不乏一些后起之秀，如rt-thread，相比 rtems 这种鼻祖类的 rtos，还稍显稚嫩。这并不意味这我们什么都选择 rtems， 那 rt-thread 怎么发展？对于小型的项目，可以试一试。大型项目，为了减少技术上的风险，还是谨慎为妙。

 

实时性，这个应该是 RTOS 的看家本领，我初学 rtos 的时候，好喜欢看牛人搞得 RTOS 对比表格。上下文切换时间啊，中断响应时延啊……总喜欢挑那些时间最小的系统……但后来我知道了，事实上不是几个对比表格就能说清楚问题的。下面会详细说到这些问题。

 

工具链，它往往决定我们开发的效率，和最终产品交付的质量。有一些 RTOS 没那么幸运，没有让你选择工具链的权利，就算有，也需要付出很大的代价。如 RTEMS 采用GNU的工具链，gnu 的工具链不好用，我就尝试过把 rtems 移到 iar ewarm 下。后来，搞到一半的时候，不得不放弃，付出的精力已经超出了我的承受范围。但 freeRTOS、uC/OS 这类小 RTOS，只要编译器支持编译可重入代码就可以，这条只有老掉牙的编译器不行。所以基本上是个C编译器都可以做Free RTOS、uC/OS的编译。

 

模块丰富，有没有TCP/IP协议栈、文件系统、CAN协议栈、图形界面等。当然这个都不是必须的，对于简单的产品，可能这些模块都用不到。对于复杂的系统，这些集成好的模块，会大大节省开发时间。自己也可以移植相关的模块，可能会有几个切实的问题不好解决：模块因为不符合 rtos 的设计思想，会对整体的实时性造成损害；也可能因为模块使用的库，和 rtos 使用的库相冲突……

 

内核 RAM、ROM 的占用量实际上要求 RTOS 高度可裁剪。不是所有内核裁剪到最后都能满足要求，RTOS 都有个最低的 RAM、ROM 要求，只剩一些最基本的服务。每加一个特性会增加一些资源，可以查阅相关资料得到这方面信息，确定系统资源可以保证顺畅的使用该 RTOS。

 

支持，如果是商业系统，那不用担心，既然付了银子，人家肯定保证实施过程的顺畅。如果是开源系统，开发团队没有像样的 rtos 专家可不行。虽然 rtos 系统都是相通的，了解另外一个 rtos 很快，但有时候也不尽然。RTEMS 这么复杂的 RTOS 搞懂了，去弄 freeRTOS、uC/OS、rt-Thread 小麻雀，自然没问题；要是弄 QNX、VxWorks、Lynx，还是要费点功夫。 RTOS 在开发过程中会遇到很多问题，比如栈的估算、任务优先级的设计、内存的设计、实时性的设计等，都是很不好弄的问题。最好团队内有相关 RTOS 的专家，要是学习的话无所谓，研发产品和系统的话，那就是大问题了。

RT-Thread——国产RTOS系统

大概是2014年9月，接过主管交接的项目，项目以STM32F103ZET6硬件平台，而运行的实时系统（RTOS）正是RT-Thread（RTT）。也是从此时开始接触到RTT，国人自己写的开源系统，从此对其也是“爱不释手”，在往后的工作中，一直在使用，特别是在后来换了份工作，在新东家里用RTT开发了几款产品，也给自己也带来了财富和才华。比较惭愧的是，在RTT伴随着自己职业生涯的几年里，除了给身边的同行、朋友推荐RTT，及在各大论坛（CSDN、21ic、opendv）推荐RTT外，并没有向RTT源码仓库提交过自己的代码，一直是“伸手党”。RTT是一个开源的RTOS，其能够快速壮大，离不开作者熊大和开源社区开发大牛的力量，所以总结下过往的使用经验，努力为RTT贡献一份力量。恰逢最近发生比较影响比较大的事件——中美贸易战及中兴被美禁售芯片。从中事件中也暴露出我国的短板——芯片和操作系统，而芯片和操作系统都是一个长时间积累的过程，特别是操作系统，需要一个完善的生态链，简单说就是需要广大的开发者参与进来，如手机的安卓系统。故，让更多同行知道RTT，并参与到开发中，发展自己国人的操作系统。 

1.官方介绍 
  RT-Thread是一个集实时操作系统（RTOS）内核、中间件组件和开发者社区于一体的技术平台，由熊谱翔先生带领并集合开源社区力量开发而成，RT-Thread也是一个组件完整丰富、高度可伸缩、简易开发、超低功耗、高安全性的物联网操作系统。RT-Thread具备一个IoT OS平台所需的所有关键组件，例如GUI、网络协议栈、安全传输、低功耗组件等等。经过11年的累积发展，RT-Thread已经拥有一个国内最大的嵌入式开源社区，同时被广泛应用于能源、车载、医疗、消费电子等多个行业，累积装机量超过两千万台，成为国人自主开发、国内最成熟稳定和装机量最大的开源RTOS。 
  RT-Thread拥有良好的软件生态，支持市面上所有主流的编译工具如GCC、Keil、IAR等，工具链完善、友好，支持各类标准接口，如POSIX、CMSIS、C++应用环境、Javascript执行环境等，方便开发者移植各类应用程序。商用支持所有主流MCU架构，如ARM Cortex-M/R/A, MIPS, X86, Xtensa, C-Sky, RISC-V，几乎支持市场上所有主流的MCU和Wi-Fi芯片。 

2.个人使用体会 
1）支持的cpu众多，支持当前应用中的主流架构的CPU，并且都移植好相关bsp包，几乎是获取源码即可运行，免去新手复杂的环境构建步骤。 
2）占用资源小，官方介绍最小配置时，内核可以到3K ROM和1K RAM 的占用。正常使用一片STM32F103C8T6（20k RAM，64 k flash）都能跑起来。 
3）支持的任务（线程）数量无限制，256个优先级，支持时间片轮询。这对处理多个任务或者对于时间片要求比较严格的任务非常有优势。 
4）完善的外设，如spi、i2c、uart等总线驱动，及TCP/IP协议栈、文件系统、数据库（sqlite3）等资源的支持。试用期，常用的底层不需大量修改，增加特殊的驱动，然后将主要的精力花在应用开发上。 
5）Linux风格，熟悉Linux的可以很快上手。提供finsh shell，类似Linux的命令行模式，能够解析C代码，在命令终端执行代码，对于调试、打log、内存查看等非常有用。为了节省资源，代码发行时关闭finsh shell即可。 
6）本人已在使用RTT的项目有3款，以及内部使用的工具2款，有带GUI的也有只使用内核的，经过长时间的使用，目前为止没有发现因为是RTT的bug导致的问题。因此RTT经过十多年的沉淀还是非常稳定的。

3.相关资源 
[1] 官方地址：https://www.rt-thread.org/index.html 
[2] 源码仓库：https://github.com/RT-Thread/rt-thread 
[3] 编程指南：http://download.rt-thread.org/download/manual/rtthread_manual.zh.pdf