嵌入式系統開發人員目前擁有廣泛的操作系統。當然，最直接的操作系統就是沒有操作系統！但是，當今的許多系統都是復雜的連接系統，可能需要操作系統。在需要時，開發人員通常會希望使用實時操作系統（RTOS）或Linux來幫助他們管理復雜性。不幸的是，如何在裸機，RTOS或Linux之間進行選擇并不總是明確的。每個選項都有其優點和缺點。

這篇文章將探討選擇操作系統時應考慮的系統特征。然后在下一篇文章中，我們將介紹使用每個操作系統最有意義的時間。

產品的生命周期成本

為嵌入式系統選擇操作系統首先要了解產品的生命周期成本和要求。需要在物料清單 （BOM） 成本和產品的軟件維護成本之間進行權衡。例如，使用Linux的嵌入式系統發現利用開源軟件并找到可以編寫系統軟件的開發人員更容易。但是，基于 Linux 的系統比基于微控制器的系統具有更復雜的硬件要求，并且可能具有更高的 BOM 成本。基于微控制器的系統可能成本較低，但能夠成功設計和維護這些系統的開發人員也較少。

設計人員需要權衡硬件和軟件成本，以確定他們的產品使用可以運行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

說到硬件功能和要求，在選擇嵌入式操作系統時，還必須檢查硬件選擇的物理特性。應考慮微處理器或微控制器的物理因素包括：

外設功能集

中央處理器時鐘速度

可用的閃存

可用內存

硬件對系統施加的物理約束可能會立即限制您可以使用的選項。例如，要運行嵌入式Linux的風格，通常需要處理器包含內存管理單元（MMU）。不幸的是，微控制器沒有MMU。因此，要運行Linux，設計人員至少需要有一個Cortex-A范圍內的應用處理器，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和合理時鐘速率的微控制器）。

要運行嵌入式Linux，硬件還必須具有至少8 GB的存儲空間，16 GB的RAM和8 - 16 MB的內部閃存。像Linux這樣的內核可能還需要至少500 MHz的處理器。這些遠高于運行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。

實時性能

我從經驗中知道，探索裸機、RTOS和基于Linux的系統之間的實時性能特征是一個燙手山芋。專注于基于微控制器的實時系統的工程師通常會告訴您，您無法從Linux系統獲得實際的實時性能。Linux工程師會告訴你這不是真的;有實時補丁，它提供了實際的實時行為。從那里開始，爭論通常會變得激烈。

無論您站在柵欄的哪一邊，都必須查看實時要求并在選擇操作系統時使用它們。評估系統需要的確定性，并根據這些需求評估操作系統。我見過Linux實時版本，效果很好;其他沒有的。沒有一個普遍正確的答案，只有一個適合您的應用程序的答案。

軟件庫集成

使用裸機、RTOS 或 Linux 之間的顯著區別之一是開發人員可用的軟件庫的可用性和集成級別。在裸機領域，您只能靠自己。您要么從頭開始編寫軟件，要么自己集成第三方庫。另一方面，RTOS將附帶一套已經與RTOS集成的庫。例如，人們可能會找到循環緩沖區，內存管理工具，文件系統等。更多的庫可用并集成，但可能仍然需要自己做一些工作。

當你看Linux時，感覺開發人員擁有幾乎無限的庫供應，這些庫可用并且已經與系統集成。嵌入式 Linux 最吸引人和最具附加值的特征是軟件庫的可用性和集成性。開發人員擁有整個操作系統。這很強大，但也有潛在的危險。

不要忘記安全性

如今，許多設計人員正在構建必須具有安全解決方案的互聯系統。操作系統在安全解決方案中起著重要作用。例如，如果在 Linux 內核使用的標準庫中發現漏洞，則在修補之前，每個 Linux 設備都會有該漏洞。裸機或基于RTOS的系統很有可能不會有同樣的漏洞。特定操作系統比其他人更受黑客攻擊，因為他們可以使用工具集來破解這些設備。例如，我把使用RTOS的嵌入式系統直接放在互聯網上，沒有受到保護，而且它們幾周都沒有受到損害。我曾經在互聯網上放了一個基于Linux的系統，它在48小時內被黑客入侵并成為中國僵尸網絡的一部分。在Linux系統防御中，我相信默認密碼仍然被設置，但它表明，如果你不花時間正確配置你的操作系統，它不需要太多的時間來破解它。

結論

開發人員在選擇操作系統時應考慮許多特征。第一個特征與建筑產品的成本和業務方面更相關。但是，更重要的屬性，如可用庫，安全性，可維護性等，也起著至關重要的作用。那么您應該使用哪種操作系統以及在什么情況下使用？在下一篇文章中，我們將探討這個問題，并提供有關在何處使用裸機、RTOS 和 Linux 的指南。

審核編輯 黃昊宇