UCOS-II/II、FreeRTOS、RTX四大RTOS系統(tǒng)性能對比

大家好，感謝社區(qū)提供的板卡。這次的使用對象是安富萊的STM32-V6板卡。由于之前用過安富萊的V4板卡，所以安富萊給我留下了很深的印象，他們開發(fā)板的資料很過硬，售后完善，線上QQ技術(shù)支持也很給力，作為學(xué)習(xí)，確實(shí)是一款很不錯(cuò)的板卡。唯一的是，安富萊很少出視頻，其主要是編寫PDF教學(xué)手冊和程序例程。

另外他們的按鍵檢測代碼，很緊湊，有單發(fā)、連發(fā)、長按、短按、上升沿觸發(fā)、下降沿觸發(fā)等功能，是我見到最棒的按鍵檢測代碼。

STM32-V6是一款基于STM32F429單片機(jī)的開發(fā)板，整板采用4層板設(shè)計(jì)，本次選擇它的目的，除了測試其能做常用外設(shè)開發(fā)驅(qū)動，安富萊還對它做了一個(gè)示波器的例程。雖然示波器的性能不強(qiáng)，但是去十分有意思。另外其支持VNC虛擬屏幕功能。開發(fā)者可以不用LCD顯示屏幕，直接使用PC屏幕作為自己的開發(fā)板屏幕，十分方便。所以這個(gè)板子真的很強(qiáng)大。

拿到板子，在我查看他們的網(wǎng)絡(luò)示波器例程后，發(fā)現(xiàn)安富萊只做了基于RTX的例程，并沒有做基于uCOS、FreeRTOS的例程，這樣我感到很奇怪。因?yàn)榘哺蝗R的每個(gè)例程都會做三個(gè)OS版本，唯獨(dú)這個(gè)例程卻只制作了一個(gè)基于RTX的。他們的技術(shù)支持回復(fù)是：“FreeRTOS的性能不行，所以對這個(gè)網(wǎng)絡(luò)示波器的的應(yīng)用來說，沒有制作這方面的例程”，這讓我感到很疑惑，F(xiàn)reeRTOS作為一款開源RTOS，性能真有這么差么？到底他們之間的差距又有多大？

所以才有這次做UCOS-II、UCOS-III、FreeRTOS、RTX系統(tǒng)性能對比測試，本次我只是站在一個(gè)使用者的角度，測試四個(gè)RTOS單一的系統(tǒng)調(diào)度性能。盡量使4個(gè)RTOS處在同一水平上測試：

l? 使用相同的硬件平臺和相同的資源

l? 單片機(jī)都使用相同的主頻，只是單片機(jī)的Uart資源

l? 4個(gè)RTOS并非都裁剪到極致，保留信號量、隊(duì)列、消息等功能。

l? 都使用相同的時(shí)間片1mS、任務(wù)數(shù)量、任務(wù)堆棧設(shè)置一樣大小。

l? 使用相同的編譯工具M(jìn)DK4.7，采用相同的優(yōu)化等級。

l? 測試任務(wù)代碼邏輯以及優(yōu)先級關(guān)系保持一致。

本次測試的系統(tǒng)版本為：

RTX? ? ? ? ? ? ? ? ? ?V4.73

FreeRTOS? ? ? ? ? ?V8.2.3

uCOS-II????????????? V2.92.11

uCOS-III???????????? V3.05.00

測試方法是，主要使用RTOS的信號量，測試RTOS任務(wù)切換速度。建立三個(gè)任務(wù)。

任務(wù)A：接收到任務(wù)B發(fā)的信號量B2A之后，發(fā)送信號量A2B；任務(wù)優(yōu)先級率高

任務(wù)B：接收到任務(wù)A發(fā)的信號量A2B之后，發(fā)送信號量B2A，并計(jì)數(shù)；任務(wù)優(yōu)先級低

主任務(wù)：初始化時(shí)，發(fā)送一次信號量B2A，是AB任務(wù)開始循環(huán)執(zhí)行。并計(jì)時(shí)1S，打印出任務(wù)切換次數(shù)。任務(wù)優(yōu)先級最高。

由于我個(gè)人對uCOS和FreeRTOS比較熟悉，所以就先做了uCOS-II的測試。

一、uCOS-II任務(wù)信號量測試

程序的移植過程就不在這里說了，直接開始測試上代碼：

建立任務(wù)堆棧和信號量，以及任務(wù)切換次數(shù)計(jì)數(shù)變量。

編寫起始任務(wù)，這個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級最高。

任務(wù)A，任務(wù)優(yōu)先級略高。其中紅色框起來的代碼是測試時(shí)候使用的。在任務(wù)B中也有類似的代碼。

任務(wù)B，任務(wù)優(yōu)先級低，但是比系統(tǒng)空閑任務(wù)要高。

在任務(wù)AB中框起來的代碼主要是進(jìn)行驗(yàn)證程序?qū)懙臏?zhǔn)確性，如果將上文中紅色框中注釋掉的代碼恢復(fù)。按照1S的時(shí)間來算：A任務(wù)獲取到信號量，延時(shí)100MS，在發(fā)送信號量給B；任務(wù)B獲取到信號量，延時(shí)100MS，在發(fā)信號給A。AB任務(wù)循環(huán)，花掉大約是200MS的時(shí)間，最后主任務(wù)在1S的時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)應(yīng)該是5次才對。

實(shí)際程序也確實(shí)是5次，可以證明該例程無誤，后面測試的OS調(diào)度能力的時(shí)候，只需要去掉任務(wù)AB中的100MS的延時(shí)和printf打印即可。

同樣的程序，我做了四份，分別基于UCOS-II、UCOS-III、FreeRTOS、RTX這個(gè)四個(gè)RTOS系統(tǒng)

測試代碼截圖：

注釋掉RTOS任務(wù)AB中的延時(shí)和串口打印，使用相同的優(yōu)化等級，分別編譯燒錄測試代碼，串口打印如下：

上圖都是在1秒的時(shí)間，AB任務(wù)調(diào)用的次數(shù)：

可以看到，就任務(wù)切換速度而言，在STM32單片機(jī)上RTX確實(shí)要快很多，RTX是Keil開發(fā)的一款RTOS，而Keil早在2005年就被ARM收購，對ARM芯片的支持和優(yōu)化應(yīng)該也是被安排到日程的。

經(jīng)過這次測試，雖然RTX在任務(wù)切換上的速度上確實(shí)要優(yōu)秀很多，但不能說RTX就是這四款RTOS中最優(yōu)秀的系統(tǒng)，本次測試也僅僅是單一的一個(gè)方面，我相信FreeRTOS以及其他的OS都有它自己的獨(dú)到優(yōu)勢。

我們作為開發(fā)使用者，沒有必要去糾結(jié)哪個(gè)是最強(qiáng)的RTOS，我們只需要找到合適我們項(xiàng)目，方便我們開發(fā)的RTOS即可。