嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員目前擁有廣泛的操作系統(tǒng)。當(dāng)然，最直接的操作系統(tǒng)就是沒(méi)有操作系統(tǒng)！但是，當(dāng)今的許多系統(tǒng)都是復(fù)雜的連接系統(tǒng)，可能需要操作系統(tǒng)。在需要時(shí)，開(kāi)發(fā)人員通常會(huì)希望使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）或Linux來(lái)幫助他們管理復(fù)雜性。不幸的是，如何在裸機(jī)，RTOS或Linux之間進(jìn)行選擇并不總是明確的。每個(gè)選項(xiàng)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

這篇文章將探討選擇操作系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮的系統(tǒng)特征。然后在下一篇文章中，我們將介紹使用每個(gè)操作系統(tǒng)最有意義的時(shí)間。

產(chǎn)品的生命周期成本

為嵌入式系統(tǒng)選擇操作系統(tǒng)首先要了解產(chǎn)品的生命周期成本和要求。需要在物料清單 （BOM） 成本和產(chǎn)品的軟件維護(hù)成本之間進(jìn)行權(quán)衡。例如，使用Linux的嵌入式系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)利用開(kāi)源軟件并找到可以編寫(xiě)系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)人員更容易。但是，基于 Linux 的系統(tǒng)比基于微控制器的系統(tǒng)具有更復(fù)雜的硬件要求，并且可能具有更高的 BOM 成本?；谖⒖刂破鞯南到y(tǒng)可能成本較低，但能夠成功設(shè)計(jì)和維護(hù)這些系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員也較少。

設(shè)計(jì)人員需要權(quán)衡硬件和軟件成本，以確定他們的產(chǎn)品使用可以運(yùn)行Linux的硬件是否有意義，或者更便宜，CPU密集型的解決方案是否更適合。

要考慮的物理特性

說(shuō)到硬件功能和要求，在選擇嵌入式操作系統(tǒng)時(shí)，還必須檢查硬件選擇的物理特性。應(yīng)考慮微處理器或微控制器的物理因素包括：

外設(shè)功能集

中央處理器時(shí)鐘速度

可用的閃存

可用內(nèi)存

硬件對(duì)系統(tǒng)施加的物理約束可能會(huì)立即限制您可以使用的選項(xiàng)。例如，要運(yùn)行嵌入式Linux的風(fēng)格，通常需要處理器包含內(nèi)存管理單元（MMU）。不幸的是，微控制器沒(méi)有MMU。因此，要運(yùn)行Linux，設(shè)計(jì)人員至少需要有一個(gè)Cortex-A范圍內(nèi)的應(yīng)用處理器，而不是Cortex-M系列中的微控制器（盡管事情變化很快，并且有人可能擁有具有MMU和合理時(shí)鐘速率的微控制器）。

要運(yùn)行嵌入式Linux，硬件還必須具有至少8 GB的存儲(chǔ)空間，16 GB的RAM和8 - 16 MB的內(nèi)部閃存。像Linux這樣的內(nèi)核可能還需要至少500 MHz的處理器。這些遠(yuǎn)高于運(yùn)行RTOS所需的水平，RTOS至少需要4 kB的RAM，64 kB的閃存和24 MHz的CPU。

實(shí)時(shí)性能

我從經(jīng)驗(yàn)中知道，探索裸機(jī)、RTOS和基于Linux的系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)性能特征是一個(gè)燙手山芋。專(zhuān)注于基于微控制器的實(shí)時(shí)系統(tǒng)的工程師通常會(huì)告訴您，您無(wú)法從Linux系統(tǒng)獲得實(shí)際的實(shí)時(shí)性能。Linux工程師會(huì)告訴你這不是真的;有實(shí)時(shí)補(bǔ)丁，它提供了實(shí)際的實(shí)時(shí)行為。從那里開(kāi)始，爭(zhēng)論通常會(huì)變得激烈。

無(wú)論您站在柵欄的哪一邊，都必須查看實(shí)時(shí)要求并在選擇操作系統(tǒng)時(shí)使用它們。評(píng)估系統(tǒng)需要的確定性，并根據(jù)這些需求評(píng)估操作系統(tǒng)。我見(jiàn)過(guò)Linux實(shí)時(shí)版本，效果很好;其他沒(méi)有的。沒(méi)有一個(gè)普遍正確的答案，只有一個(gè)適合您的應(yīng)用程序的答案。

軟件庫(kù)集成

使用裸機(jī)、RTOS 或 Linux 之間的顯著區(qū)別之一是開(kāi)發(fā)人員可用的軟件庫(kù)的可用性和集成級(jí)別。在裸機(jī)領(lǐng)域，您只能靠自己。您要么從頭開(kāi)始編寫(xiě)軟件，要么自己集成第三方庫(kù)。另一方面，RTOS將附帶一套已經(jīng)與RTOS集成的庫(kù)。例如，人們可能會(huì)找到循環(huán)緩沖區(qū)，內(nèi)存管理工具，文件系統(tǒng)等。更多的庫(kù)可用并集成，但可能仍然需要自己做一些工作。

當(dāng)你看Linux時(shí)，感覺(jué)開(kāi)發(fā)人員擁有幾乎無(wú)限的庫(kù)供應(yīng)，這些庫(kù)可用并且已經(jīng)與系統(tǒng)集成。嵌入式 Linux 最吸引人和最具附加值的特征是軟件庫(kù)的可用性和集成性。開(kāi)發(fā)人員擁有整個(gè)操作系統(tǒng)。這很強(qiáng)大，但也有潛在的危險(xiǎn)。

不要忘記安全性

如今，許多設(shè)計(jì)人員正在構(gòu)建必須具有安全解決方案的互聯(lián)系統(tǒng)。操作系統(tǒng)在安全解決方案中起著重要作用。例如，如果在 Linux 內(nèi)核使用的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中發(fā)現(xiàn)漏洞，則在修補(bǔ)之前，每個(gè) Linux 設(shè)備都會(huì)有該漏洞。裸機(jī)或基于RTOS的系統(tǒng)很有可能不會(huì)有同樣的漏洞。特定操作系統(tǒng)比其他人更受黑客攻擊，因?yàn)樗麄兛梢允褂霉ぞ呒瘉?lái)破解這些設(shè)備。例如，我把使用RTOS的嵌入式系統(tǒng)直接放在互聯(lián)網(wǎng)上，沒(méi)有受到保護(hù)，而且它們幾周都沒(méi)有受到損害。我曾經(jīng)在互聯(lián)網(wǎng)上放了一個(gè)基于Linux的系統(tǒng)，它在48小時(shí)內(nèi)被黑客入侵并成為中國(guó)僵尸網(wǎng)絡(luò)的一部分。在Linux系統(tǒng)防御中，我相信默認(rèn)密碼仍然被設(shè)置，但它表明，如果你不花時(shí)間正確配置你的操作系統(tǒng)，它不需要太多的時(shí)間來(lái)破解它。

結(jié)論

開(kāi)發(fā)人員在選擇操作系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮許多特征。第一個(gè)特征與建筑產(chǎn)品的成本和業(yè)務(wù)方面更相關(guān)。但是，更重要的屬性，如可用庫(kù)，安全性，可維護(hù)性等，也起著至關(guān)重要的作用。那么您應(yīng)該使用哪種操作系統(tǒng)以及在什么情況下使用？在下一篇文章中，我們將探討這個(gè)問(wèn)題，并提供有關(guān)在何處使用裸機(jī)、RTOS 和 Linux 的指南。

審核編輯 黃昊宇