嵌入式開發(fā)：選擇實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)的三個(gè)關(guān)鍵因素

在嵌入式開發(fā)中，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOSes)在20世紀(jì)90年代普及，為各種嵌入式和實(shí)時(shí)產(chǎn)品提供了技術(shù)優(yōu)勢(shì)。一些最重要的好處包括快速和小的代碼占用、確定性功能、廣泛的半導(dǎo)體支持、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法以及通過封裝的軟件重用。

RTOS通常具有微內(nèi)核設(shè)計(jì)，其中調(diào)度器起著核心作用。建立在一個(gè)簡(jiǎn)單而有效的實(shí)時(shí)調(diào)度器上，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的精確性。生產(chǎn)系統(tǒng)的決策因素超出了技術(shù)基礎(chǔ)。在選擇RTOS時(shí)，產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)必須考慮業(yè)務(wù)、軟件工程和長(zhǎng)期可行性。

1.選擇RTOS時(shí)的業(yè)務(wù)考慮

在選擇RTOS時(shí)，許可模型、源代碼修改限制和行業(yè)認(rèn)證是首要的業(yè)務(wù)考慮因素，這三個(gè)商業(yè)考慮因素相互影響。當(dāng)產(chǎn)品要求具有可修改性時(shí)，許可和認(rèn)證的選擇可能會(huì)受到直接影響。

許可模式包括開源、商業(yè)和混合版本。一些常用的開源許可證是MIT-0、ApacheLicense2.0和EclipsePublicLicense。由于許可模型和源代碼可用性，可修改的源代碼限制可能會(huì)影響創(chuàng)新過程。例如，創(chuàng)新可能受到限制，新的硬件功能或軟件創(chuàng)新需要內(nèi)核級(jí)別的更改。

開源許可允許修改內(nèi)核，開源項(xiàng)目強(qiáng)烈鼓勵(lì)修改貢獻(xiàn)，這樣技術(shù)社區(qū)就可以從進(jìn)步中受益。商業(yè)許可模式往往限制了修改的可能性。例如，如果必須對(duì)內(nèi)核源代碼進(jìn)行調(diào)整，那么商業(yè)實(shí)體將接受并優(yōu)先考慮，甚至可能拒絕修改的支持請(qǐng)求。如果商業(yè)RTOS公司破產(chǎn)，關(guān)閉業(yè)務(wù)，并且源代碼沒有托管，那么修改可能是不可能的。

然而，如果預(yù)計(jì)不會(huì)進(jìn)行內(nèi)核修改，則嵌入式開發(fā)人員可以在設(shè)計(jì)中使用諸如高完整性系統(tǒng)的SAFERTOS之類的選項(xiàng)。另一方面，一些開源RTOS現(xiàn)在提供長(zhǎng)期支持(LTS)，具有鎖定版本配置、維護(hù)承諾和使用全球平臺(tái)SESIP等程序的預(yù)認(rèn)證。

2.選擇RTOS的軟件工程考慮

開發(fā)人員生產(chǎn)力是許多軟件工程團(tuán)隊(duì)的主要關(guān)鍵性能指標(biāo)，嵌入式系統(tǒng)軟件工程也不例外。交付結(jié)果、優(yōu)化軟件性能和快速解決問題是一些最重要的指標(biāo)。使用RTOS可以幫助構(gòu)建良好的封裝、重用和維護(hù)實(shí)踐。廣泛的生態(tài)系統(tǒng)支持建立在這些基礎(chǔ)之上。開源或商業(yè)庫、編譯器和代碼優(yōu)化工具以及調(diào)試和問題解決工具的可用性可以從根本上提高工程團(tuán)隊(duì)的性能。

RTOS項(xiàng)目和供應(yīng)商通常與提供軟件庫的開源和商業(yè)實(shí)體有關(guān)系。一個(gè)龐大的軟件庫目錄提供了對(duì)技術(shù)和技術(shù)的更快訪問。軟件庫的可用性和庫與內(nèi)核良好配合的保證降低了軟件工程風(fēng)險(xiǎn)。

內(nèi)核和庫通常作為RTOSLTS分發(fā)版提供。同樣，Espressif、Renesas、STMicroelectronics和Xilinx(現(xiàn)為AMD的一部分)等半導(dǎo)體制造商通過各自的軟件開發(fā)套件提供RTOS。軟件分發(fā)并不排除使用非分發(fā)軟件庫。相反，軟件發(fā)行版通過正式的集成測(cè)試提供了經(jīng)過驗(yàn)證的組合。

編譯器和源代碼優(yōu)化支持可能是嵌入式系統(tǒng)性能和內(nèi)存管理優(yōu)化的關(guān)鍵因素。ArmCortex-M等普及的嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)享有類似的普及編譯器和源代碼優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)，并提供開源和商業(yè)工具選擇。開源工具鏈GNU編譯器集合(GCC)經(jīng)受住了時(shí)間的考驗(yàn)，在許多供應(yīng)商的軟件開發(fā)工具包中經(jīng)常被認(rèn)為是事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。然而，IAR等商業(yè)工具供應(yīng)商提供了額外的保證，并且通常經(jīng)過安全認(rèn)證，這降低了設(shè)備軟件安全認(rèn)證的風(fēng)險(xiǎn)。一般來說，嵌入式開發(fā)人員將RTOS的選擇限制在支持最廣泛使用和檢查的編譯器及相關(guān)工具鏈的RTOS是一個(gè)關(guān)鍵的決策因素。

調(diào)試和問題解決工具的生態(tài)系統(tǒng)強(qiáng)度是RTOS具有生產(chǎn)級(jí)支持的主要指標(biāo)。通常，半導(dǎo)體制造商提供調(diào)試器系統(tǒng)作為硬件開發(fā)板的組件。然而，在大多數(shù)情況下，這些軟件級(jí)調(diào)試器的速度、跟蹤和處理開銷可能會(huì)導(dǎo)致誤報(bào)和誤報(bào)。

IAR和SEGGER等商用調(diào)試器通過相關(guān)的工作站RTOS感知軟件工具提供出色的調(diào)試器支持，可加快RTOS問題的解決。商業(yè)工作站軟件，如與商業(yè)調(diào)試器配對(duì)的PercepioTracealyzer，可以為最嚴(yán)峻的開發(fā)挑戰(zhàn)提供更深入的見解。