幾乎所有現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)都是使用某種操作系統(tǒng)(OS)構(gòu)建的。這意味著選擇該操作系統(tǒng)往往發(fā)生在設(shè)計過程的早期。許多嵌入式開發(fā)人員認(rèn)為這一選擇過程具有挑戰(zhàn)性。如何為你的特定應(yīng)用程序選擇操作系統(tǒng)?
選擇標(biāo)準(zhǔn)
操作系統(tǒng)的選擇是由你可能會問自己或別人的一系列問題決定的。很容易想象這都是關(guān)于操作系統(tǒng)的技術(shù)問題，事實上，這些問題主導(dǎo)了整個過程。然而，需要考慮商業(yè)因素(如成本)，也不能忽視個人體驗等因素。
1.技術(shù)因素
操作系統(tǒng)的技術(shù)方面在選擇過程中占主導(dǎo)地位。在考慮其他參數(shù)之前，需要完全弄清楚這些問題。
你的應(yīng)用程序是實時的嗎?
在實時應(yīng)用程序中，響應(yīng)時間至關(guān)重要。它可能不夠快，但需要在可預(yù)測的(確定性的)時間內(nèi)對外部事件做出響應(yīng)，它必須足夠快(或慢)。對操作系統(tǒng)選擇的影響是，實時操作系統(tǒng)(RTOS)最有可能是正確的選擇，因為它是專門為適應(yīng)應(yīng)用程序的要求而設(shè)計的。Linux本質(zhì)上不是實時的，但是實時擴展可能使它成為一個可行的選擇。
內(nèi)存大小有限嗎?
過去，嵌入式開發(fā)系統(tǒng)的內(nèi)存容量通常非常小，可能只有幾k。如今，雖然微控制器的片內(nèi)存儲器可能仍有很大限制，但提供的內(nèi)存容量要大得多。在設(shè)計完成后，給系統(tǒng)增加更多的內(nèi)存并不容易。更重量級的操作系統(tǒng)，如Linux，非常需要內(nèi)存，所以空間限制是一個真正的挑戰(zhàn)。大多數(shù)RTOS產(chǎn)品要輕得多，而且很可能是可伸縮的，這意味著內(nèi)存只用于實際需要的功能。
CPU功率有限嗎?
CPU的能力是衡量它在給定時間內(nèi)可以做多少工作——可以執(zhí)行多少指令。大多數(shù)嵌入式設(shè)計的CPU都有足夠的能力，但可能沒有多余的能力。任何一種OS都是開銷;它的執(zhí)行使用CPU的能力，但不直接影響應(yīng)用程序的功能。將這種開銷保持在最低水平通常很重要。操作系統(tǒng)的效率差異很大，但是RTOS的產(chǎn)品傾向于最節(jié)約地使用CPU。
設(shè)備功耗是個問題嗎?
嵌入式系統(tǒng)的功耗越來越成為優(yōu)先考慮的問題。這通常用于延長電池壽命，但也可能是出于環(huán)境考慮。歷史上，功耗被認(rèn)為是一個純粹的硬件問題?，F(xiàn)在人們認(rèn)識到，軟件可以大大有助于優(yōu)化能源的使用。簡單地說，在嵌入式開發(fā)中，代碼越小，需要的內(nèi)存就越少，這樣就節(jié)省了能量。類似地，代碼的效率對必要的CPU能力有影響。RTOS很可能是緊湊和高效的。
許多系統(tǒng)都包括電源管理功能。這可能只是低功耗模式(如睡眠和掛起)的可用性，但更高級的電源管理正變得越來越普遍。這可能包括外設(shè)的選擇性斷電以及CPU電壓和時鐘頻率的控制。Linux和許多RTOS產(chǎn)品都支持電源管理。
你的系統(tǒng)有模糊的或定制的外圍設(shè)備嗎?
嵌入式應(yīng)用中最具挑戰(zhàn)性的一些代碼是與外圍設(shè)備的接口。使用操作系統(tǒng)時，這通常封裝在驅(qū)動程序中。大多數(shù)RTOSes都提供了大量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的驅(qū)動程序。Linux有更多的功能，包括對許多不太知名的硬件的支持。如果你有自定義外設(shè)，顯然沒有支持將是可用的，所以將需要一個自定義驅(qū)動程序。RTOS供應(yīng)商通常在這方面提供良好的支持。Linux驅(qū)動程序開發(fā)專業(yè)知識是相當(dāng)普遍的。
你有內(nèi)存管理單元(MMU)嗎?
大多數(shù)高端嵌入式開發(fā)CPU都有一個MMU，至少作為一個選項。這允許重新映射和/或保護存儲區(qū)域。MMU對于部署Linux是必不可少的;如果沒有MMU可用，Linux不是一個選項。RTOSes通常不需要MMU，但是如果可以的話，許多人可以通過促進“輕量級進程模型”(也稱為“線程保護模式”)來利用MMU。
應(yīng)用程序安全性是一個問題嗎?
一些嵌入式應(yīng)用具有安全意識——必須保護代碼免受外部干擾。這可以看作是保護每個任務(wù)不受其他任務(wù)的影響。Linux等使用的進程模型。使用MMU是增加安全性的一個非常好的方法。如果RTOS可以利用MMU，如上所述，這可以用更少的開銷提供幾乎同樣多的安全性。
你的應(yīng)用需要安全認(rèn)證嗎?
在許多行業(yè)——如航空航天、醫(yī)療、汽車和工業(yè)——都有安全認(rèn)證計劃。獲得認(rèn)證的過程既復(fù)雜又昂貴。通常需要整個應(yīng)用程序的所有源代碼，包括操作系統(tǒng)。因此，擁有操作系統(tǒng)源代碼是必不可少的;源代碼并不總是可用的。在某種程度上，要認(rèn)證的代碼的大小會影響過程的成本，因此操作系統(tǒng)越小越好。
在嵌入式開發(fā)中，通常不可能只對操作系統(tǒng)進行認(rèn)證，而是對整個應(yīng)用程序進行評估。但是，一些RTOS供應(yīng)商可以提供“預(yù)認(rèn)證包”，其中提供了操作系統(tǒng)所需的大量初始文檔。當(dāng)然，選擇在類似應(yīng)用領(lǐng)域有使用和認(rèn)證“記錄”的操作系統(tǒng)也是明智的。
2.商業(yè)因素
雖然工程師喜歡嵌入式軟件開發(fā)的技術(shù)挑戰(zhàn)，但這類項目也要考慮商業(yè)因素。一切都?xì)w結(jié)于錢。實施操作系統(tǒng)需要資金，但卻可以獲得：
l內(nèi)部開發(fā)顯然要花錢
l一件商品有一個價格
l開源不是“免費的”存在實施成本和持續(xù)維護
商業(yè)操作系統(tǒng)產(chǎn)品有多種商業(yè)模式。例如，可能會有一個低的起始付款和每單位裝運的持續(xù)版稅，或者可能會有一個較大的前期費用，沒有持續(xù)的版稅。可接受的型號取決于售價和預(yù)計的出貨量。
3.其他考慮
操作系統(tǒng)選擇過程中容易被忽略的一個方面是利用過去的經(jīng)驗。嵌入式開發(fā)團隊可能以前使用過一個或多個操作系統(tǒng)，這可能會產(chǎn)生重大影響。例如，獲取操作系統(tǒng)API的詳細(xì)知識需要一些時間，因此能夠重用這些知識是一個很大的好處。如果API是專有的，這可能是一個指向特定產(chǎn)品的強指針。如果API是一個標(biāo)準(zhǔn)，比如POSIX，你仍然可以選擇。當(dāng)然，使用混亂和不靈活的API的糟糕體驗可能會產(chǎn)生相反的效果!
與特定供應(yīng)商合作的經(jīng)驗是另一個因素。他們的技術(shù)支持好嗎?文檔符合標(biāo)準(zhǔn)嗎?源代碼是否可用并得到了很好的評論?
多核系統(tǒng)和操作系統(tǒng)選擇
使用多核設(shè)計實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)變得越來越普遍。從軟件的角度來看，有兩種多核系統(tǒng)：
l對稱多處理(SMP)，其中所有內(nèi)核都是相同的，一個操作系統(tǒng)運行在所有內(nèi)核上。
l不對稱多處理(AMP)，內(nèi)核不一定完全相同，每個內(nèi)核都運行自己的操作系統(tǒng)。
對于SMP系統(tǒng)，操作系統(tǒng)的選擇是按照本文到目前為止所描述的方式進行的，另外一個因素是操作系統(tǒng)必須支持SMP功能。Linux有SMP形式，許多RTOS產(chǎn)品也提供它作為一個選項。對于AMP系統(tǒng)，需要根據(jù)其具體要求，使用上述方法為每個內(nèi)核選擇操作系統(tǒng)。
結(jié)論
總的來說，可以看出，對于選擇嵌入式操作系統(tǒng)的問題，沒有真正簡單的答案。有許多相互關(guān)聯(lián)的因素。重要的是，不僅要關(guān)注技術(shù)方面的考慮，還要考慮商業(yè)問題和過去的經(jīng)驗。
對于臺式電腦，有大約四種操作系統(tǒng)可供選擇。在嵌入式開發(fā)領(lǐng)域，至少有幾十個。這是為什么呢?簡單地說，臺式電腦都大同小異，但每個嵌入式系統(tǒng)都不一樣。這種差異既是技術(shù)上的，也是商業(yè)上的。因此需要詳細(xì)的選擇過程。
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