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本文我们对嵌入式实时操作系统进行经典三问：what？when？how？
因此，以下是嵌入式设计需要RTOS解决方案的时间和原因。但在此之前，RTOS到底是什么，尤其是与裸机解决方案相比？

一、什么是嵌入式实时操作系统？

嵌入式实时操作系统（RTOS）是一种操作系统，旨在管理嵌入式系统的硬件资源；它创建了多个软件执行线程和一个调度程序来管理这些线程。另一种说法是一个调度内核，它创建了一个多任务和确定性的运行时环境。


RTOS与无操作系统的“前后台”设计的最本质区别是任务调度器的设计，调度器可以为正在运行的任务分配精确且可重复的时间段的能力。

二、什么时候需要用RTOS？

当有更多中断源、更多功能和更多通信接口时，通常使用RTOS。简而言之，应用程序的复杂性在很大程度上决定了为MCU定制的RTO的使用。
刚开始学单片机，基本都是从裸机开始，经典的“项目”就是流水灯，也是你学习单片机的开始。但是随着学习的不断深入，裸机所暴露的问题就越来越多，这里我给大家总结下吧：1、并发性：程序并发工作效率低。在写裸机软件时，不可避免的在主程序中会有一个超级大的 while(1) 循环，这里面几乎包含整个项目的所有业务逻辑。
因为每个业务逻辑里面基本都会有 delay 这样的循环等待函数，这样导致了所有的业务逻辑几乎都是串行起来工作的。
这个时候 CPU 就会有很多时间都浪费在了延时函数里，一直在空转，导致软件的并发效率非常差。
2、模块化：高内聚，低耦合的原则。从软件工程的角度，我们在做软件开发时，都会强调高内聚、低耦合的原则。而裸机的模块化开发难度非常大，模块间的耦合较重，这也导致了无法在大型项目使用裸机来开发。
还是刚才 main 函数中大 while(1) 的例子，可以想象到那么多功能都紧紧的挤在一个函数里，不可拆分，模块化开发的困难重重。举一个非常贴切的例子，在一些使用看门狗的项目中，如果使用 delay 延时函数，那得注意点，万一延时过长，主函数来不及喂狗，看门狗就被触发了。
最后会产生这样一种感觉，一个简简单单的 delay 还得考虑喂狗功能，裸机开发时操的心太多了，自然无法应用在大型项目中。
3、生态：很多高级软件组件，必须依赖于操作系统来实现。比如，前些年一个基于 FreeModbus 的 Modbus 主机协议栈，因为要考虑各个平台适配问题，原本计划支持各种各样的操作系统，甚至是裸机平台。在各个操作系统上的适配都非常容易，但再去尝试着适配裸机时，发现难度重重，有一些函数在裸机上实现起来非常复杂，而且针对于不同的裸机环境，几乎没有通用性可言，太耗费精力了。所以我最终就放弃了裸机适配，一直到现在，在裸机上都没用这个 Modbus 主机协议栈。
另外，还有一些软件无法运行在裸机上，比如乐鑫，Realtek、 ti 和 联发科提供的 WIFi SOC SDK ，一些蓝牙 SOC 的 SDK 也都是只支持操作系统。所以，如果你不了解、不会使用操作系统，这些芯片也就玩不转了。
4、实时性：功能复杂的情况下，实时性无法保证。软件的实时性在一些领域会有一定的要求，软件的每个步骤必须在指定的时间被触发。
工控领域就是最常见到的场景，如果实时性无法保证，机械设备可能就无法按照指定时序要求去动作，以至于发生机械事故，甚至会威胁到人的生命。
回过来接着看裸机软件，如果软件变得庞大以后，可以想象到，主程序中那么大的一个 while(1) 循环，代码耦合严重，到处都是 delay 延时，要保证实时性几乎是不可能的。
5、可重用性：软件可重用性差，总是重复造轮子。可重用性与模块化程度有直接的关系。相信大家每个人在工作中都不想做很多重复性的工作，同样在写代码时，也想着尽可能少写一些功能相似的代码。
但在这个嵌入式碎片化极其严重的时代，各式各样的芯片，想要让同样的代码，在裸机环境下同时适配不同的硬件，难度非常大。这样也就导致了裸机的代码会过多的依赖于底层硬件，重复造轮子的过程也就不可避免。

三、选择RTOS需要考虑的因素

现在开源或不开源的RTOS非常多，当我们选择具体使用哪个RTOS时主要需要考虑哪些因素呢？
响应性：RTOS调度算法、中断延迟和上下文切换时间将显著定义系统的响应性和确定性。最重要的考虑是需要什么类型的响应——是否需要硬实时响应？这意味着有精确定义的最后期限，如果不满足，将导致系统失败。或者，非确定性的软实时响应是否合适？在这种情况下，无法保证每项任务何时完成。
可用系统资源：微内核使用最少的系统资源，并提供有限但必不可少的任务调度功能。微内核通常提供硬实时响应，广泛用于RAM/ROM容量有限的嵌入式微处理器，但也适用于较大的嵌入式处理器系统。
或者，可以使用Linux或WinCE等功能齐全的操作系统。它们提供了功能丰富的操作系统环境，通常随驱动程序、GUI和中间件组件一起提供。与微内核相比，功能齐全的操作系统通常响应速度较慢，需要更多的内存和处理能力，主要用于系统资源丰富的强大嵌入式处理器上。
开源或专业许可：有广泛使用的、免费的开源RTOS可用，在GPL或修改的GPL许可下分发。然而，这些许可证可能包含保留拷贝的限制，提供的保护很少。专业授权的RTOS产品取消了版权限制，提供完整的知识产权侵权赔偿和担保。此外，只有一家公司提供支持，并对产品质量负责。
质量：RTOS供应商在其组织内对质量的重视程度如何？质量不仅仅是编码标准。是否有正确的程序来保证未来产品和支持的质量？管理良好、重视质量的公司往往通过ISO 9001认证。
安全认证：预认证和可认证RTO可用于需要按照国际设计标准（如DO-178C和IEC 61508）认证的应用。这些RTO提供了关键的安全特性，以及认证机构要求的设计证据，以确认用于开发RTO的过程符合相关设计标准。
许可证：它不仅是您需要考虑的RTOS功能和特性，而且是对您的项目预算和公司的“投资回报”最有效的许可模式。
RTOS供应商：RTOS背后的公司与选择正确的RTOS本身一样重要。理想情况下，您希望与供应商建立关系，不仅支持您当前的产品，而且支持您未来的产品。要做到这一点，你需要选择一个具有良好声誉的积极主动的供应商，与领先的硅制造商合作，确保他们能够支持最新的处理器和工具。

信任、产品质量和支持质量是一切。