嵌入式開(kāi)發(fā)：RTOS或裸機(jī)——為什么很多人選擇RTOS

　　使用RTOS或裸機(jī)調(diào)度程序是嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員爭(zhēng)論的熱門(mén)話題。在裸機(jī)方面，嵌入式開(kāi)發(fā)人員認(rèn)為他們可以結(jié)合使用基于優(yōu)先級(jí)的中斷和計(jì)時(shí)器來(lái)獲得具有更好性能和內(nèi)存占用的等效行為。RTOS方面認(rèn)為對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)易于調(diào)度和系統(tǒng)集成。無(wú)論人們站在哪一邊，這里有七個(gè)原因使開(kāi)發(fā)人員可能決定從RTOS開(kāi)始而不是裸機(jī)調(diào)度程序。

原因1–并發(fā)性

　　基于微控制器的系統(tǒng)通常只有一個(gè)處理核心，但需要執(zhí)行多個(gè)任務(wù)。在任務(wù)需要同時(shí)或并發(fā)執(zhí)行的應(yīng)用程序中，使用RTOS是有意義的。RTOS可以在內(nèi)存中同時(shí)擁有多個(gè)任務(wù)，并且可以根據(jù)事件和優(yōu)先級(jí)在任務(wù)之間切換?？梢允褂寐銠C(jī)調(diào)度程序，但是裸機(jī)系統(tǒng)中的任務(wù)通常一次執(zhí)行一個(gè)，而不是同時(shí)執(zhí)行。

原因2–搶占

　　搶占是操作系統(tǒng)暫停一個(gè)任務(wù)以執(zhí)行更高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的能力。如果正在開(kāi)發(fā)的嵌入式軟件需要區(qū)分任務(wù)的優(yōu)先級(jí)并中斷當(dāng)前正在運(yùn)行的任務(wù)，那么RTOS就是最好的操作系統(tǒng)。大多數(shù)RTOS系統(tǒng)的本質(zhì)是根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)和系統(tǒng)條件來(lái)確定在任何給定的時(shí)間應(yīng)該執(zhí)行哪些任務(wù)?？梢蚤_(kāi)發(fā)裸機(jī)調(diào)度程序，使用基于優(yōu)先級(jí)的中斷來(lái)模擬這種類(lèi)型的行為，但是使用RTOS更適合這種情況。

原因3–可用內(nèi)存

　　微控制器上可用RAM的數(shù)量是嵌入式開(kāi)發(fā)人員決定使用RTOS還是裸機(jī)調(diào)度器的一個(gè)重要因素。由于每個(gè)任務(wù)都有自己的任務(wù)控制塊和堆棧，所以RAM少于4千字節(jié)的資源受限系統(tǒng)可能很難適應(yīng)內(nèi)存。另一方面，裸機(jī)系統(tǒng)通常只有一個(gè)堆棧，不需要額外的開(kāi)銷(xiāo)來(lái)跟蹤每個(gè)系統(tǒng)任務(wù)的狀態(tài)。在使用RTOS解決方案之前，基于微控制器的系統(tǒng)至少應(yīng)該有4千字節(jié)的RAM(最好是8千字節(jié))。

原因4–可用閃存

　　由于開(kāi)發(fā)人員在決定使用RTOS之前應(yīng)該查看系統(tǒng)上有多少可用內(nèi)存，所以開(kāi)發(fā)人員還應(yīng)該查看有多少可用閃存空間。RTOS系統(tǒng)不會(huì)占用太多的閃存空間，通常在8到10千字節(jié)的數(shù)量級(jí)，但如果微控制器只有16千字節(jié)的閃存空間，就沒(méi)有多少空間留給應(yīng)用程序代碼了。如果微控制器具有至少32千字節(jié)的閃存空間，則該系統(tǒng)是使用RTOS的良好候選。如果做得不夠，可能是時(shí)候清理裸機(jī)調(diào)度程序或升級(jí)硬件了。

原因5–同步工具

　　使用裸機(jī)調(diào)度程序的一個(gè)問(wèn)題是，它缺少默認(rèn)包含在RTOS中的同步工具。例如，RTOS具有可用于保護(hù)共享資源的互斥體、可用于發(fā)送信號(hào)和同步任務(wù)的信號(hào)量以及在任務(wù)間傳輸數(shù)據(jù)的消息隊(duì)列。正確地設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)這些核心軟件功能并不簡(jiǎn)單，從頭開(kāi)始將它們添加到裸機(jī)調(diào)度程序中無(wú)疑會(huì)引入錯(cuò)誤。如果一個(gè)系統(tǒng)有多個(gè)任務(wù)和受保護(hù)的資源需要同步，那么使用RTOS是明智的決定。

原因6–第三方軟件

　　當(dāng)今許多嵌入式開(kāi)發(fā)人員面臨的一個(gè)問(wèn)題是如何將第三方軟件棧和工具集成到他們的嵌入式系統(tǒng)中。很少有開(kāi)發(fā)者想寫(xiě)TCP/IP或者USB棧。市場(chǎng)上提供的許多第三方堆棧和工具都與各種RTOS兼容。RTOS的使用使得這些組件在軟件中即插即用，并且可以極大地加速軟件開(kāi)發(fā)。使用第三方軟件的決定可能是應(yīng)該使用RTOS而不是裸機(jī)調(diào)度程序的一個(gè)主要指標(biāo)。

原因7–易于使用

　　幾乎每個(gè)微控制器和幾乎所有可以想象的應(yīng)用都可以使用RTOS系統(tǒng)。無(wú)論開(kāi)發(fā)人員只是想創(chuàng)建一個(gè)快速原型還是構(gòu)建一個(gè)健壯的安全關(guān)鍵系統(tǒng)，RTOS都是存在的，開(kāi)發(fā)人員可以利用它并快速啟動(dòng)和運(yùn)行。創(chuàng)建任務(wù)和利用RTOS工具很容易，而且非常強(qiáng)大，但是開(kāi)發(fā)者需要注意，他們正確地分析了他們的任務(wù)，并考慮了他們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。RTOS是一個(gè)強(qiáng)大的工具，但使用不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致悲劇性的后果。

結(jié)論

　　開(kāi)發(fā)人員無(wú)疑會(huì)繼續(xù)爭(zhēng)論是使用裸機(jī)調(diào)度程序還是RTOS。在某種程度上，決策是基于設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員的技能和經(jīng)驗(yàn)。在其他情況下，RTOS無(wú)疑是首要解決方案。如果有一點(diǎn)是明確的，那就是嵌入式開(kāi)發(fā)人員需要了解每種解決方案的優(yōu)缺點(diǎn)，以及如何在任一場(chǎng)景中正確地實(shí)現(xiàn)解決方案。