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大家好，我是小舒，單片機編程時，都知道有兩種基本操作：裸奔和操作系統，所謂裸奔就是一個大循環往復執行。今天，講的是幾個常用的操作系統。
實時操作系統（Real-time operating system，RTOS），又稱即時操作系統，它會按照排序運行、管理系統資源，并為開發應用程序提供一致的基礎。
與一般的操作系統相比，RTOS最大的特色就是“實時性”，如果有一個任務需要執行，RTOS會馬上執行該任務，不會有較長的延時。這種特性保證了各個任務的及時執行。
今天給大家介紹14種主流的RTOS，分別為μClinux、μC/OS-II、eCos、FreeRTOS、mbed OS、RTX、Vxworks、QNX、NuttX；而國產的嵌入式操作系統包括都江堰操作系統(djyos)、Alios Things、Huawei LiteOS、RT-Thread、SylixOS。
這14種嵌入式操作系統的特點如下：
1、μClinux
μClinux是一種優秀的嵌入式Linux版本，其全稱為micro-control Linux，從字面意思看是指微控制Linux。
同標準的Linux相比，μClinux的內核非常小，但它仍然繼承了Linux操作系統的主要特性，包括良好的穩定性和移植性、強大的網絡功能、出色的文件系統支持、標準豐富的API，以及TCP／IP網絡協議等。因為沒有MMU內存管理單元，所以其多任務的實現需要一定技巧。
μClinux在結構上繼承了標準Linux的多任務實現方式，分為實時進程和普通進程，分別采用先來先服務和時間片輪轉調度，僅針對中低檔嵌入式CPU特點進行改良，且不支持內核搶占，實時性一般。
綜上可知，μClinux最大特點在于針對無MMU處理器設計，這對于沒有MMU功能的stm32f103來說是合適的，但移植此系統需要至少512KB的RAM空間，1MB的ROM/FLASH空間，而stmf103擁有256K的FLASH，需要外接存儲器，這就增加了硬件設計的成本。
μClinux結構復雜，移植相對困難，內核也較大，其實時性也差一些，若開發的嵌入式產品注重文件系統和與網絡應用則μClinux是一個不錯的選擇。
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2、μC／OS-II
μC／OS-II是在μC/OS的基礎上發展起來的，是用C語言編寫的一個結構小巧、搶占式的多任務實時內核。μC／OS-II能管理64個任務，并提供任務調度與管理、內存管理、任務間同步與通信、時間管理和中斷服務等功能，具有執行效率高、占用空間小、實時性能優良和擴展性強等特點。
在文件系統的支持方面，由于μC/OS-II是面向中小型嵌入式系統的，即使包含全部功能，編譯后內核也不到10KB，所以系統本身并沒有提供對文件系統的支持。但是，μC/OS-II具有良好的擴展性能，如果需要也可自行加入文件系統的內容。
在對硬件的支持上，μC/OS-II能夠支持當前流行的大部分CPU，μC/OS-II由于本身內核就很小，經過裁剪后的代碼最小可以為2KB，所需的最小數據RAM空間為4KB，μC/OS-II的移植相對比較簡單，只需要修改與處理器相關的代碼就可以。
綜上可知，μC/OS-II是一個結構簡單、功能完備和實時性很強的嵌入式操作系統內核，針對于沒有MMU功能的CPU，它是非常合適的。它需要很少的內核代碼空間和數據存儲空間，擁有良好的實時性，良好的可擴展性能，并且是開源的，網上擁有很多的資料和實例，所以很適合向stm32f103這款CPU上移植。
3、eCos
eCos(embedded Configurable operating system)，即嵌入式可配置操作系統。它是一個源代碼開放的可配置、可移植、面向深度嵌入式應用的實時操作系統，其最大的特點就是配置靈活，采用模塊化設計，核心部分由小同的組件構成，包括內核、C語言庫和底層運行包等。
每個組件可提供大量的配置選項（實時內核也可作為可選配置），使用eCos提供的配置工具可以很方便地配置，并通過不同的配置使得eCos能夠滿足不同的嵌入式應用要求。
eCos操作系統的可配置性非常強大，用戶可以自己加入所需的文件系統。eCos操作系統同樣支持當前流行的大部分嵌入式CPU，eCos操作系統可以在16位、32位和64位等不同體系結構之間移植。
eCos由于本身內核就很小，經過裁剪后的代碼最小可以為10KB，所需的最小數據RAM空間為10KB。另外，在系統移植方面，eCos操作系統的可移植性很好，要比μC／OS-II和μClinux容易。
綜上所述，eCos最大特點是配置靈活，并且支持無MMU的CPU的移植，開源且具有很好的移植性，也比較合適于移植到stm32平臺的CPU上。但eCOS的應用還不是太廣泛，還沒有像μC／OS-II那樣普遍，并且資料也沒有μC／OS-II多。eCos適合用于一些商業級或工業級對成本敏感的嵌入式系統,例如消費電子領域中的一些應用。
4、FreeRTOS
由于RTOS需占用一定的系統資源(尤其是RAM資源)，只有μC／OS-II、embOS、salvo、FreeRTOS等少數實時操作系統能在小RAM單片機上運行。
相對于C／OS-II、embOS等商業操作系統，FreeRTOS操作系統是完全免費的操作系統，具有源碼公開、可移植、可裁減、調度策略靈活的特點，可以方便地移植到各種單片機上運行，其最新版本為6.0版。
作為一個輕量級的操作系統，FreeRTOS提供的功能包括：任務管理、時間管理、信號量、消息隊列、內存管理、記錄功能等，可基本滿足較小系統的需要。
FreeRTOS內核支持優先級調度算法，每個任務可根據重要程度的不同被賦予一定的優先級，CPU總是讓處于就緒態的、優先級最高的任務先運行。
FreeRT0S內核同時支持輪換調度算法，系統允許不同的任務使用相同的優先級，在沒有更高優先級任務就緒的情況下，同一優先級的任務共享CPU的使用時間。
FreeRTOS的不足：相對于常見的μC／OS—II操作系統，FreeRTOS操作系統既有優點也存在不足。其不足之處，一方面體現在系統的服務功能上，如FreeRTOS只提供了消息隊列和信號量的實現，無法以后進先出的順序向消息隊列發送消息；另一方面，FreeRTOS只是一個操作系統內核，需外擴第三方的GUI（圖形用戶界面）、TCP／IP協議棧、FS（文件系統）等才能實現一個較復雜的系統，不像μC／OS-II可以和μC／GUI、μC／FS、μC／TCP-IP等無縫結合。
5、mbed OS
開源嵌入式操作系統，ARM公司將mbed OS免費提供給所有廠商使用，mbed提供了一個相對更加系統和更加全面的智能硬件開發環境。
主要功能：提供用于開發物聯網設備的通用操作系統基礎，以解決嵌入式設計的碎片化問題。支持所有重要的連接性與設備管理開放標準，以實現面向未來的設計。使安全可升級的邊緣設備支持新增處理能力與功能。通過自動電源管理解決復雜的能耗問題。
主要特點：開發速度快，功能強大，安全性高，為了量產化而設計，可離線開發，也可以在網頁上編輯。
6、RTX
是ARM公司的一款嵌入式實時操作系統，使用標準的C結構編寫，運用RealView編譯器進行編譯。不僅僅是一個實時內核，還具備豐富的中間層組件，不但免費，而且代碼也是開放的。
主要功能：開始和停止任務（進程），除此之外還支持進程通信，例如任務的同步、共享資源（外設或內存）的管理、任務之間消息的傳遞。開發者可以使用基本函數去開啟實時運行器，去開始和終結任務，以及去傳遞任務間的控制（輪轉調度）。開發者可以賦予任務優先級。
主要特點：支持時間片，搶占式和合作式調度。不限制數量的任務，每個任務都具有254的優先級。不限制數量的信號量，互斥信號量，消息郵箱和軟定時器。支持多線程和線程安全操作。使用MDK基于對話框的配置向導，可以很方便的完成MDK的配置。
7、VxWorks
美國WindRiver公司于1983年設計開發的一種嵌入式實時操作系（RTOS），具有硬實時、確定性與穩定性，也具備航空與國防、工業、醫療、汽車、消費電子產品、網絡及其他行業要求的可伸縮性與安全性。
主要功能：支持可預測的任務同步機制、支持多任務間的通信、存儲器優化管理、操作系統的（中斷延遲、任務切換、驅動程序延遲等）行為是可知的和可預測的。實時時鐘服務+中斷管理服務。
主要特點：具有一個高性能的操作系統內核Wind（實時性好、可裁減）友好的開發調試環境、較好的兼容性、支持多種開發和運行環境
8、QNX
誕生于1980年，是一種商用的遵從POSIX規范的類Unix嵌入式實時操作系統。
主要功能：支持在同一臺計算機上同時調度執行多個任務；也可以讓多個用戶共享一臺計算機，這些用戶可以通過多個終端向系統提交任務，與QNX進行交互操作。
主要特點：核心僅提供4種服務，即進程調度、進程間通信、底層網絡通信和中斷處理，其進程在獨立的地址空間運行。所有其它OS服務，都實現為協作的用戶進程，因此QNX核心非常小巧（QNX4.x大約為12Kb）而且運行速度極快。
9、NuttX
NuttX是一個實時嵌入式操作系統（Embedded RTOS），第一個版本由Gregory Nutt于2007年在寬松的BSD許可證下發布。
主要功能：可以構建為開放的、平面的嵌入式RTOS，或單獨構建為具有系統調用接口的微內核。容易擴展到新的處理器架構、SoC架構或板級架構。實時的、確定性的、支持優先級繼承。BSD套接字接口。優先級管理的擴展。可選的具有地址環境的任務（進程）。
主要特點：配置靈活，采用模塊化設計，核心部分由小同的組件構成，包括內核、C語言庫和底層運行包等。每個組件可提供大量的配置選項(實時內核也可作為可選配置)，使用eCos提供的配置工具可以很方便地配置，并通過不同的配置使得eCos能夠滿足不同的嵌入式應用要求。
10、都江堰操作系統（djyos）
（注意：都江堰操作系統官網提示，stm32的f4和f7沒調通。）
都江堰操作系統，簡稱djyos，得名于一個偉大的水利工程：都江堰。
與傳統操作系統不同，djyos不是以線程而是以事件為調度核心，這種調度算法使程序員擺脫模擬計算機執行過程編寫程序的思維方式，而是按人類認知世界的方式編寫應用程序，就如同在嵌入式編程中引入了VC似的。
djyos的調度算法，可使程序員擺脫線程和進程的束縛。djyos沒有有關線程的api，一個完全不懂線程知識的程序員也可以順利地在djyos下編寫應用程序。
djyos操作系統是以事件為核心進行調度的，這種調度策略使程序員可以按人類認知事物的習慣而不是計算機的習慣來編程。
11、Alios Things
據著名媒體嵌入式操作系統RTOS介紹，AliOS Things是AliOS家族旗下、面向IoT領域的、高可伸縮的物聯網操作系統。AliOS Things將致力于搭建云端一體化IoT基礎設施，具備極致性能、極簡開發、云端一體、豐富組件、安全防護等關鍵能力，并支持終端設備連接到阿里云Link，可廣泛應用在智能家居、智慧城市、新出行等領域。
點評：阿里系，背靠阿里資源來勢洶洶殺入物聯網市場，芯片+模組廠商合作，是非常有力的一個玩家，但這也是其最大的劣勢！
12、Huawei LiteOS
嵌入式操作系統RTOS介紹，Huawei LiteOS是華為面向IoT領域，構建的輕量級物聯網操作系統，以輕量級低功耗、快速啟動、互聯互通、安全等關鍵能力，為開發者提供“一站式”完整軟件平臺，有效降低開發門檻、縮短開發周期。
點評：華為系，不過其開源程度比較低，其主要用于華為自己的產品，有大樹罩著。
13、RT-Thread
嵌入式操作系統RTOS介紹，RT-Thread是一個集實時操作系統（RTOS）內核、中間件組件和開發者社區于一體的技術平臺，由熊譜翔先生帶領并集合開源社區力量開發而成，RT-Thread也是一個組件完整豐富、高度可伸縮、簡易開發、超低功耗、高安全性的物聯網操作系統。
RT-Thread具備一個IoT OS平臺所需的所有關鍵組件，例如GUI、網絡協議棧、安全傳輸、低功耗組件等。經過11年的累積發展，RT-Thread已經擁有一個國內最大的嵌入式開源社區，同時被廣泛應用于能源、車載、醫療、消費電子等多個行業，累積裝機量超過兩千萬臺，成為國人自主開發、國內最成熟穩定和裝機量最大的開源RTOS。
點評：國內最有可能成為Top 1，優勢在于豐富的組件，中立立場！趕上了時機，得到諸多芯片廠商的支持，也挺受開發者喜歡的。缺點在于本身的教程文檔和freertos等之類的比還是很弱。
14、SylixOS
嵌入式操作系統RTOS介紹，SylixOS是一個開源的跨平臺的大型實時操作系統（RTOS），SylixOS誕生于2006年，經過十多年的持續開發，SylixOS已成為功能最為全面的國產操作系統之一。目前已有眾多產品和項目應用案例，行業涉及航空航天、軍事防務、軌道交通、智能電網、工業自動化等諸多領域。SylixOS完全符合POSIX規范，開源社區豐富的自由軟件移植非常方便。
點評：這家也是挺有意思的，2006年就開始了，吃軍工飯，最近一兩年才露頭角。其實力不容小覷！
當然，RTOS并不僅上面這些，歡迎各位留言補充！
審核編輯：湯梓紅
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