常用嵌入式RTOS的比較與選擇

單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,*,四種常用嵌入式RTOS的比較與選擇,華南理工大學自動化系,一：綜述,1.嵌入式系統(tǒng)與嵌入式操作系統(tǒng),2.嵌入式操作系統(tǒng)的特點,3.實時操作系統(tǒng)（RTOS）,4.四種常用的嵌入式RTOS,1.嵌入式系統(tǒng)與嵌入式操作系統(tǒng)簡介,嵌入式系統(tǒng)是以嵌入式計算機為技術核心，面向用戶、面向產品、面向應用，軟硬件可裁減的，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性能有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)EOS（Embedded Operating System），負責嵌入系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調度，控制、協(xié)調并發(fā)活動；它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通過裝卸某些模塊來達到系統(tǒng)所要求的功能一：綜述,2.嵌入式操作系統(tǒng)的特點,可裝卸性開放性、可伸縮性的體系結構強實時性EOS實時性一般較強，可用于各種設備控制當中統(tǒng)一的接口提供各種設備驅動接口操作方便、簡單、提供友好的圖形GUI提供強大的網絡功能支持TCP/IP協(xié)議及其它協(xié)議，提供TCP/UDP/IP/PPP協(xié)議支持及統(tǒng)一的MAC訪問層接口，為各種移動計算設備預留接口強穩(wěn)定性，弱交互性嵌入式系統(tǒng)一旦開始運行就不需要用戶過多的干預，這就要負責系統(tǒng)管理的EOS具有較強的穩(wěn)定性。

嵌入式操作系統(tǒng)的用戶接口一般不提供操作命令，它通過系統(tǒng)的調用命令向用戶程序提供服務固化代碼在嵌入式系統(tǒng)中，嵌入式操作系統(tǒng)和應用軟件被固化在嵌入式系統(tǒng)計算機的ROM中輔助存儲器在嵌入式系統(tǒng)中很少使用，因此，嵌入式操作系統(tǒng)的文件管理功能應該能夠很容易地拆卸，而用各種內存文件系統(tǒng)更好的硬件適應性也就是良好的移植性一：綜述,3.,實時操作系統(tǒng)（RTOS）,RTOS與其他操作系統(tǒng)不同的一個特征是：它們必須至少有一個中斷，其服務能保證在一個給定的時間內完成，而不論是否發(fā)生其他事情一：綜述,4.四種常用的嵌入式RTOS,RT-Linux,QNX,Vxworks,Nucleus,二：如何選擇嵌入式實時操作系統(tǒng)？,1,實時操作系統(tǒng)對我來說真的必要嗎？,2,工具的相互關系,3,RTOS的選擇準則,4,內核要求的最小存儲器大小,5,性能,6軟件組件和設備驅動程序,7,調試工具,8,標準兼容性,9技術支持,10源代碼還是目標代碼？,11許可,12聲譽,1.實時操作系統(tǒng)真的必要嗎？,為什么需要實時操作系統(tǒng)？,對于商用多任務OS，其目的是方便用戶管理計算機資源，追求系統(tǒng)資源最大利用率；而RTOS追求的是實時性、可確定性、可靠性。

二：如何選擇,RTOS,微處理器、在線仿真器（ICE）、編譯器、匯編器、連接器、調試器以及模擬器都這樣或那樣地影響著操作系統(tǒng)在線仿真器（ICE）和良好的集成開發(fā)環(huán)境對嵌入式開發(fā)有至關重要的作用2工具的相互關系,二：如何選擇,RTOS,3RTOS的選擇準則,評價與選擇一個實時操作系統(tǒng)一般可以從任務調度、內存管理、任務通訊、內存開銷、任務切換時間、最大中斷禁止時間等幾個方面來衡量1）任務調度機制:,RTOS的實時性和多任務能力在很大程度上取決于它的任務調度機制2）內存管理:分實模式與保護模式3）最小內存開銷:,RTOS的設計過程中,最小內存開銷是一個較重要的指標,它涉及到嵌入式的成本4）最大中斷禁止時間：,（5）任務切換時間：,4內核要求的最小存儲器大小,實時操作系統(tǒng)可以裝入小得令人驚訝的內存中最小的內核經常是僅僅支持很少的特性，而典型的配置可能產生大得多的內核一般情況下，供應商可以提供一份詳細的列表，說明了創(chuàng)建包含不同服務的內核分別需要多大的RAM和ROM二：如何選擇,RTOS,5性能,對所有的項目來說，性能無不是個大問題但是要了解RTOS對系統(tǒng)的影響卻不那么容易當比較供應商提供的benchmark時要明白他們是要測試什么？供應商使用的是什么評估板？微處理器的時鐘頻率是多少？使用的什么存儲系統(tǒng)？存儲器訪問使用了幾個等待周期？只有弄清楚了這些才能作出公平的對比。

6軟件組件和設備驅動程序,嵌入式系統(tǒng)應該通過各種標準加大開發(fā)需求的互操作性，開發(fā)者可能要依賴于他人開發(fā)的組件若應用需要通信協(xié)議、服務、庫或者其他組件（如TCP/IP、HTTP、ftp、telnet、SNMP、CORBA和圖形），從哪里獲得它們得事先弄清楚不同操作系統(tǒng)供應商提供這些特性或驅動程序的方式可能不同，有的作為操作系統(tǒng)的一部分，有的作為可選配件二：如何選擇,RTOS,7調試工具,一個良好的集成開發(fā)環(huán)境和調試工具有助于開發(fā)者提高開發(fā)速度、發(fā)現(xiàn)開發(fā)中的錯誤（如死鎖、忘了放信號燈）等8標準兼容性,標準兼容性好的RTOS利于別的開發(fā)軟件的移植RTOS服務有一個POSIX標準10技術支持,技術支持包含哪些內容：培訓、文檔、電話和電子支持等？這對RTOS上開發(fā)很重要，良好的技術支持可以使開發(fā)者少走很多彎路二：如何選擇,RTOS,11源代碼還是目標代碼？,有些供應商提供給全部源代碼而其他的僅提供目標代碼這兩種方式都能開發(fā)出優(yōu)秀的產品對那些沒有源代碼的來說，也不必擔心無法配置內核供應商會在頭文件中給出必要的常量使開發(fā)者可以根據(jù)需要微調內核12許可,購買某些高級的RTOS屬于重大的商業(yè)事務，有許多費用要考慮。

有的供應商一次性地收取一大筆費用，而有的供應商的收費遍及每用戶、每平臺、每產品、每位置這需要了解清楚二：如何選擇,RTOS,13聲譽,還有一點是要了解該RTOS供應商的聲譽如：,技術支持如何？,穩(wěn)定的商務活動開始多久了？,公司有多少職員？,供應商的網站上有有價值的信息嗎？,這種RTOS在哪個行業(yè)表現(xiàn)最好？,公司的質量系統(tǒng)狀況如何？公司通過了ISO9001認證嗎？,三：四種嵌入式RTOS各自的特點,弄清了以上的一些問題之后，初步得到了一個選擇的依據(jù)下面，在這個依據(jù)的基礎上，把Linux，QNX，Vxworks和Nucleus這四種嵌入式RTOS各自的特點和各種性能指標作一個羅列，從而達到對它們有個大致的了解提綱：,(一)開發(fā)環(huán)境及其工具,(二)RTOS的性能指標,(三)內核,(四)軟件組件和設備驅動程序,(五)硬件支持,(六)標準兼容性,(七)技術支持,(八)源代碼還是目標代碼,(九)價格，許可，聲譽,綜合評價Linux,(一)開發(fā)環(huán)境及其工具,Linux,有著非常優(yōu)秀的完整開發(fā)工具鏈，有十幾種,集成開發(fā)環(huán)境，其中很多是免費的，大大降低了開發(fā),費用右圖是一個典型的嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境，它包括主機（工作站或者PC）支持GDB的調試工具，目標板和網絡。

Linux,的特點,除了硬件環(huán)境外，還需要軟件開發(fā)環(huán)境基于Linux的開發(fā)環(huán)境主要包括主機上的Linux操作系統(tǒng)，比如RedHat Linux上圖是嵌入式 Linux 開發(fā)流程圖一般的開發(fā)過程是，設計目標板，建立嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境，編寫、調試Boot Loader；編寫、調試 Linux 內核；編寫、調試應用程序；編寫、調試BSP,Board Support Package,）,Boot Loader用于初始化目標板，檢測目標板和引導 Linux 內核BDM/JTAG用于目標板開發(fā)，它可以檢測目標板硬件，初始化目標板，調試Boot Loader和BSP二）RTOS的性能指標,1.Linux本身不是實時的操作系統(tǒng)RT-Linux在Linux的基礎上打包實現(xiàn)Linux的實時性2.RT-Linux實現(xiàn)了一個小的實時核心，僅支持底層任務創(chuàng)建、中斷服務例程的裝入、底層任務通信隊列、中斷服務例程(ISR)和Linux進程原來的非實時Linux核心作為一個可搶先的任務運行于這個小核心之上，所有的任務都在核心地址空間運行它不同于微內核和大型內核，屬于實時體系結構其可靠性和可維護性對電信服務系統(tǒng)來說都不夠理想，但應用于相對小的嵌入式系統(tǒng)性能還行。

3.調度策略,RT-Linux在操作系統(tǒng)之下實現(xiàn)了一個簡單的實時核心，Linux本身作為一個可搶占的任務在核內運行，優(yōu)先級最低，隨時會被高優(yōu)先級任務搶占Linux,的特點,（三）內核,+-+-+,|應用程序層(Application Layout)|級別=3|,+-+-+,|服務器層(Deamon/Server Layout)|=2|,+-+-+,|設備驅動層(Drivers Manager)|=1|,+-+-+,|進程管理層(Process Manager)|=0|,+-+-+,|硬件(裸機)|,+-+-+,Linux,的特點,Linux采用的是帶保護的平行內核體系(見上圖)其優(yōu)點是:（1）采用平行內核,因為各層次間以及同層次間的實現(xiàn)比較獨立,這種體系的穩(wěn)定性就要好的多,如果一個子系統(tǒng)崩潰,系統(tǒng)一般不會全部癱瘓；（2）可以更容易地添加新服務模塊,Linux甚至無須重新啟動缺點是:（1）當高層模塊(如加減設備,服務器時)更新時,往往更新了特權任務表的內容,所以內核需要重新編譯.（2）這種體系的底層代碼和硬件直接關聯(lián),且功能越強,這種關聯(lián)越緊,再加上核心比微內核體系要大得多,所以移植也要費事。

四）軟件組件和設備驅動程序,Linux具有完善的網絡通訊、圖形、文件管理機制網絡是Linux的強項，Linux還支持多種文件和圖形系統(tǒng)同時，Linux上的驅動已經非常豐富了，它們支持各種主流硬件設備和最新硬件技術Linux的系統(tǒng)服務：,近來，很多基于Linux的實時應用被開發(fā)出來，它具有成熟和豐富的資源UNIX用戶的開發(fā)工具和應用軟件都可移植到Linux上TCP/IP網絡協(xié)議各種Internet客戶/服務端軟件X WindowC/C、Java等語言編譯器Linux,的特點,（五）硬件支持：,支持多種體系結構，如X86、ARM、MIPS、ALPHA、SPARC等目前，Linux已經被移植到數(shù)十種硬件平臺上，幾乎支持所有流行的CPULinux,的特點,（六）標準兼容性：,Linux可作為一個嵌入式操作系統(tǒng)，它支持POSIX.1b標準七）技術支持,Linux具有開放性：,（1）用戶可得到UNIX的全部開發(fā)工具2）可使用市場上便宜又常見的硬件Linux,的特點,（八）源代碼還是目標代碼,Linux是源代碼完全公開的Linux的內核映像bzImage.bin大小為569，764大小加上其他應用程序，其大小可在2M左右。

九）價格，許可，聲譽：,Linux的最大優(yōu)勢便是經濟,免費,源代碼公開，是最吸引人的毫無疑問，這會節(jié)省大量的開發(fā)費用同時，它也可以隨意地配置不需要任何的許可證或商家的合作關系市場上的帶有Linux的2410評估板已經大量出現(xiàn)，據(jù)目前情況所了解，合肥市的華恒科技公司的評估板需：2，500元，內帶Linux操作系統(tǒng)，評估板中有USB接口，以太網接口，串口和3.5寸64K色彩屏，提供底板的原理圖同康科技公司的評估板需：9，600元，配置和華恒公司的類似，帶有Linux操作系統(tǒng)，并提供全部電路原理圖Linux,的特點,綜合評價:,正如上所述，Linux最大的優(yōu)勢經濟,免費,源代碼公開，可以節(jié)省大量的開發(fā)費用，并且，它本身內置網絡支持，高度的模塊化使添加部件非常容易Linux在中國蓬勃發(fā)展起來，基于Linux的嵌入式評估板具有價格低、可選性強、技術支持多樣化等優(yōu)點同時Linux的評估板集中了各種各樣的資源，如網口、液晶屏、觸摸屏，USB口的驅動等選擇,2410,的嵌入式Linux軟件開發(fā)平臺和OEM板可以幫助,我們,在應用項目立項前，評估項目的可行性在應用項目立項后，使軟件開發(fā)和硬件開發(fā)同步進行。

極大地縮短應用產品開發(fā)周期缺點：開發(fā)工具和開發(fā)環(huán)境不盡人意，如單步仿真，這增加開發(fā)的難度Linux,的特點,QNX,(一)開發(fā)環(huán)境及其工具,QNX Momentics開發(fā)系統(tǒng)在集成環(huán)境下提供無縫連接的工具鏈和各種板級支持包、庫函數(shù)、源碼。