所有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)都是等效的嗎

作者：Jacob Beningo

在嵌入式系統(tǒng)行業(yè)的開(kāi)發(fā)人員和經(jīng)理中流傳著一個(gè)謠言，即所有RTOS都是平等的。開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)僅僅選擇RTOS的情況并不少見(jiàn)，因?yàn)樗麄兊?a target="_blank">微控制器供應(yīng)商支持RTOS，而不是仔細(xì)檢查RTOS提供的功能和特性。檢查RTOS的特性、API、功能和陷阱經(jīng)常被忽視，甚至有時(shí)會(huì)損害應(yīng)用程序的需求。您可能從未意識(shí)到的撓癢癢問(wèn)題：“所有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)都是等效的嗎？

對(duì)等效的需求

基本上有三種方法可以了解如何構(gòu)建嵌入式軟件。首先，開(kāi)發(fā)人員在沒(méi)有RTOS或操作系統(tǒng)的情況下構(gòu)建系統(tǒng)裸機(jī)。這些通常適用于沒(méi)有很多功能或不關(guān)心重用、可移植性或可擴(kuò)展性的小型嵌入式系統(tǒng)。接下來(lái)，一些團(tuán)隊(duì)有一個(gè)需要可伸縮性和可重用性的系統(tǒng)，但可能沒(méi)有可移植性。這些團(tuán)隊(duì)將選擇一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來(lái)使用，并圍繞實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)構(gòu)建整個(gè)應(yīng)用程序，使實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)成為系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

構(gòu)建系統(tǒng)的最后一種方法，也是驅(qū)動(dòng)對(duì)等效的需求或愿望的方法，是復(fù)雜的現(xiàn)代系統(tǒng)，并提供廣泛的功能。在許多情況下，應(yīng)用程序需要擴(kuò)展、可重用和可移植。在這些情況下，團(tuán)隊(duì)不能只選擇一個(gè)RTOS并圍繞它構(gòu)建他們的應(yīng)用程序。相反，他們需要一個(gè)RTOS抽象層，將其應(yīng)用程序代碼與RTOS分離，以選擇提供應(yīng)用程序所需服務(wù)和功能的任何RTOS或操作系統(tǒng)。圖 1 顯示了具有 RTOS 抽象層的分層軟件架構(gòu)示例。

圖 1 – 現(xiàn)代系統(tǒng)將嵌入式應(yīng)用程序與 RTOS 分離，以提高重用、可移植性、可擴(kuò)展性和測(cè)試。（圖片來(lái)源：嵌入式軟件設(shè)計(jì)［1］）

RTOS抽象層消除了對(duì)任何RTOS或操作系統(tǒng)的依賴，從而實(shí)現(xiàn)了更好的單元測(cè)試和超目標(biāo)運(yùn)行應(yīng)用程序仿真的能力！當(dāng)然，出現(xiàn)的問(wèn)題是，當(dāng)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建RTOS抽象層時(shí)，他們拼命地試圖建議所有RTOS都提供等效的功能，當(dāng)通用化時(shí)，就變成了“所有RTOS都是等效的”。

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等效現(xiàn)實(shí)

不幸的是，或者幸運(yùn)的是，對(duì)于嵌入式軟件架構(gòu)師和團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，并非所有RTOS都是平等的。每個(gè)RTOS都可以提供一組標(biāo)準(zhǔn)功能，但即使這些功能也已實(shí)現(xiàn)并提供廣泛的差異。例如，從當(dāng)前可用的一百多個(gè) RTOS 中選擇三個(gè)并檢查其 API 集。您會(huì)發(fā)現(xiàn)相似但差異很大的 API。

如果您花一些時(shí)間運(yùn)行性能測(cè)量，您會(huì)發(fā)現(xiàn)每個(gè)RTOS都提供不同級(jí)別的實(shí)時(shí)性能和確定性。編譯每個(gè)，您會(huì)發(fā)現(xiàn)不同的內(nèi)存要求。如果您深入研究實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，您甚至可能會(huì)發(fā)現(xiàn)可能破壞實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的錯(cuò)誤或條件！有些在管理安全性方面寫(xiě)得很好，而另一些則完全忽略了安全性是一個(gè)考慮因素。

當(dāng)我第一次接觸實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)時(shí)，我討厭它們。我的雇主當(dāng)時(shí)提供給我的RTOS有缺陷，不一致，我花在與RTOS斗爭(zhēng)上的時(shí)間比編寫(xiě)生產(chǎn)代碼的時(shí)間還要多。事實(shí)證明，“RTOS”并不是我們所認(rèn)為的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)！相反，它是一個(gè)編寫(xiě)不佳的協(xié)作調(diào)度程序，包括一些RTOS功能，如信號(hào)量和隊(duì)列。

結(jié)論

歸根結(jié)底，團(tuán)隊(duì)可能希望所有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)都是等效的，但事實(shí)仍然是每個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)都是獨(dú)一無(wú)二的。每個(gè)都提供具有不同內(nèi)存占用、響應(yīng)時(shí)間、API、安全性和安全功能的操作系統(tǒng)。RTOS 抽象層可以幫助嵌入式應(yīng)用與標(biāo)準(zhǔn)功能分離。不過(guò)，要充分利用 RTOS，可能需要直接調(diào)用 RTOS 或創(chuàng)建抽象擴(kuò)展來(lái)管理應(yīng)用程序依賴關(guān)系。因此，下次當(dāng)您想只使用微控制器供應(yīng)商提供的RTOS運(yùn)行時(shí)，請(qǐng)花一些時(shí)間來(lái)評(píng)估和驗(yàn)證RTOS是否滿足您的需求，因?yàn)槊總€(gè)RTOS都是不同的，盡管它們看起來(lái)可能是等效的。

編輯：黃飛