盤點(diǎn)評(píng)估RTOS的重要指標(biāo)

自1990年以來(lái)，Bill lamie親自設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和銷售了三種成功的商業(yè)RTOS產(chǎn)品——Nucleus RTX、Nucleus PLUS和ThreadX，后兩者在當(dāng)今市場(chǎng)上仍然活躍。他的RTOS現(xiàn)在運(yùn)行在超過(guò)25億臺(tái)嵌入式設(shè)備中，包括市場(chǎng)領(lǐng)先的消費(fèi)品，如蘋果iPhone和惠普的噴墨打印機(jī)。Bill還發(fā)明并實(shí)施了搶占門限，這是一種在管理關(guān)鍵資源時(shí)消除不必要的上下文切換的新方法， 最近Bill Lamie創(chuàng)建了PX5 RTOS ，開(kāi)始新的創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新旅程，以下是Bill 發(fā)表的社交網(wǎng)絡(luò)上短文，第一篇討論了實(shí)時(shí)性、文檔和處理器支持三個(gè)指標(biāo)，第二篇（續(xù)）討論工具、安全和網(wǎng)絡(luò)能力三個(gè)指標(biāo)，最后一篇討論功能安全、調(diào)度和多核。

根據(jù)Aspencore最近的嵌入式調(diào)查（2023年5月），嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拈_(kāi)發(fā)人員關(guān)心功能安全認(rèn)證。功能安全認(rèn)證——特別是IEC 61508、IEC 62304、ISO 26262和EN 50128標(biāo)準(zhǔn)—是實(shí)現(xiàn)RTOS安全為數(shù)不多的客觀措施之一。功能安全認(rèn)證的主要特點(diǎn)之一，對(duì)于高級(jí)別的認(rèn)證它要求100%的聲明和100%的分支決策覆蓋率測(cè)試。接下來(lái)的意思是，每個(gè)條件中的每個(gè)可能組合都必須通過(guò)RTOS測(cè)試套件進(jìn)行驗(yàn)證，從而確保沒(méi)有未經(jīng)測(cè)試的路徑。這并不意味著RTOS或任何軟件都是完美的，但它確實(shí)確保了RTOS中的每條路徑都經(jīng)過(guò)了測(cè)試。

如果RTOS沒(méi)有通過(guò)功能安全認(rèn)證，則極有可能存在未經(jīng)測(cè)試的執(zhí)行路徑，這可能會(huì)導(dǎo)致失敗。對(duì)于安全關(guān)鍵設(shè)備來(lái)說(shuō)，這可能是災(zāi)難性的。即使對(duì)于非安全關(guān)鍵設(shè)備，RTOS故障也經(jīng)常導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量變差、客戶不滿意和客戶支持負(fù)擔(dān)增加。此外，使用不安全RTOS的設(shè)備更有可能遭受被黑客攻擊。出于所有這些原因，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拈_(kāi)發(fā)人員非常重視具有功能安全認(rèn)證的RTOS！

正如Aspencore最近的嵌入式調(diào)查（2023年5月）所強(qiáng)調(diào)的那樣，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拈_(kāi)發(fā)人員關(guān)心RTOS調(diào)度—包括效率和上下文切換時(shí)間。今天的大多數(shù)RTOS都提供基于優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度。在這個(gè)調(diào)度范式中，每個(gè)線程都有一個(gè)分配的優(yōu)先級(jí)，由RTOS來(lái)安排準(zhǔn)備執(zhí)行的最高優(yōu)先級(jí)線程，包括就地?fù)屨紙?zhí)行的低優(yōu)先級(jí)線程。上下文切換是用于搶占的機(jī)制，通常包括保存當(dāng)前線程的狀態(tài)（寄存器、程序計(jì)數(shù)器、狀態(tài)寄存器）和恢復(fù)新的高優(yōu)先級(jí)線程的狀態(tài)。這些基本概念相當(dāng)簡(jiǎn)單，但具體到每個(gè)RTOS調(diào)度的實(shí)現(xiàn)效率差異很大。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拈_(kāi)發(fā)人員知道這一點(diǎn)，確保調(diào)度效率和上下文切換時(shí)間是他們選擇RTOS的重要組成部分。

正如Aspencore最近的嵌入式調(diào)查（2023年5月）所示，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拈_(kāi)發(fā)人員需要RTOS

的全面多核處理器支持。多核通常有兩種方式：非對(duì)稱多處理（AMP）或?qū)ΨQ多處理（SMP）。在AMP多核中，每個(gè)內(nèi)核將有自己的RTOS和應(yīng)用程序代碼副本，并通過(guò)共享內(nèi)存或其他硬件機(jī)制與其他內(nèi)核進(jìn)行通信。當(dāng)應(yīng)用程序可以有效地利用所有核心時(shí)，AMP是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。在SMP中，只有一個(gè)RTOS和應(yīng)用程序代碼的副本。在這種情況下，RTOS將在所有可用的內(nèi)核上動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡就緒線程。當(dāng)處理要求因?qū)崟r(shí)事件而需均衡負(fù)載時(shí)，SMP是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。大多數(shù)RTOS本質(zhì)上支持AMP，但支持SMP要少得多。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拈_(kāi)發(fā)人員需要一個(gè)全面支持多核的RTOS——包括AMP和SMP。

編輯：黃飛