所有實時操作系統(tǒng)都是等效的嗎

作者：Jacob Beningo

在嵌入式系統(tǒng)行業(yè)的開發(fā)人員和經(jīng)理中流傳著一個謠言，即所有RTOS都是平等的。開發(fā)團隊僅僅選擇RTOS的情況并不少見，因為他們的微控制器供應(yīng)商支持RTOS，而不是仔細檢查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，甚至有時會損害應(yīng)用程序的需求。您可能從未意識到的撓癢癢問題：“所有實時操作系統(tǒng)都是等效的嗎？

對等效的需求

基本上有三種方法可以了解如何構(gòu)建嵌入式軟件。首先，開發(fā)人員在沒有RTOS或操作系統(tǒng)的情況下構(gòu)建系統(tǒng)裸機。這些通常適用于沒有很多功能或不關(guān)心重用、可移植性或可擴展性的小型嵌入式系統(tǒng)。接下來，一些團隊有一個需要可伸縮性和可重用性的系統(tǒng)，但可能沒有可移植性。這些團隊將選擇一個實時操作系統(tǒng)來使用，并圍繞實時操作系統(tǒng)構(gòu)建整個應(yīng)用程序，使實時操作系統(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)動對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)用程序需要擴展、可重用和可移植。在這些情況下，團隊不能只選擇一個RTOS并圍繞它構(gòu)建他們的應(yīng)用程序。相反，他們需要一個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、可擴展性和測試。（圖片來源：嵌入式軟件設(shè)計［1］）

RTOS抽象層消除了對任何RTOS或操作系統(tǒng)的依賴，從而實現(xiàn)了更好的單元測試和超目標(biāo)運行應(yīng)用程序仿真的能力！當(dāng)然，出現(xiàn)的問題是，當(dāng)團隊創(chuàng)建RTOS抽象層時，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，就變成了“所有RTOS都是等效的”。

實時操作系統(tǒng)等效現(xiàn)實

不幸的是，或者幸運的是，對于嵌入式軟件架構(gòu)師和團隊來說，并非所有RTOS都是平等的。每個RTOS都可以提供一組標(biāo)準(zhǔn)功能，但即使這些功能也已實現(xiàn)并提供廣泛的差異。例如，從當(dāng)前可用的一百多個 RTOS 中選擇三個并檢查其 API 集。您會發(fā)現(xiàn)相似但差異很大的 API。

如果您花一些時間運行性能測量，您會發(fā)現(xiàn)每個RTOS都提供不同級別的實時性能和確定性。編譯每個，您會發(fā)現(xiàn)不同的內(nèi)存要求。如果您深入研究實時操作系統(tǒng)，您甚至可能會發(fā)現(xiàn)可能破壞實時操作系統(tǒng)的錯誤或條件！有些在管理安全性方面寫得很好，而另一些則完全忽略了安全性是一個考慮因素。

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

結(jié)論

歸根結(jié)底，團隊可能希望所有實時操作系統(tǒng)都是等效的，但事實仍然是每個實時操作系統(tǒng)都是獨一無二的。每個都提供具有不同內(nèi)存占用、響應(yīng)時間、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，要充分利用 RTOS，可能需要直接調(diào)用 RTOS 或創(chuàng)建抽象擴展來管理應(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運行時，請花一些時間來評估和驗證RTOS是否滿足您的需求，因為每個RTOS都是不同的，盡管它們看起來可能是等效的。

編輯：黃飛