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这里说的 RTOS 并非新星球大战电影中的机器人#xff0c;而是物联网设备、航空系统、空中交通管制等背后的无声协调者#xff0c;就在地球上。
RTOS#xff0c;或称实时操作系统#xff0c;设计它们是为了更好的管理资源实时操作系统。
这里说的 RTOS 并非新星球大战电影中的机器人而是物联网设备、航空系统、空中交通管制等背后的无声协调者就在地球上。
RTOS或称实时操作系统设计它们是为了更好的管理资源以及为一些对时间点有精确要求的应用运行程序。但并非所有的 RTOS 都是相同的您需要选择最适合您特定项目的 RTOS。毕竟在智能手机上使用汽车的 RTOS 是不合适的。
在这篇博文中我们将深入了解 RTOS 的世界并分享它们的能力。我们还将涵盖不同类型的 RTOS以及我们在2024年为您的下一个重大项目推荐 RTOS Top 15。
什么是RTOS
实时操作系统RTOS专为管理资源和在严格的时间限制内执行程序而设计这使其对毫秒级别至关重要的实时应用至关重要。
事实上航空航天、汽车、工业自动化、医疗设备和电信等行业都在使用 RTOS。“它与传统操作系统有何不同”您可能会问。
与普通操作系统不同RTOS 提供对外部事件的确定性、硬实时响应因此任务执行持续时间更可预测。RTOS 还只能同时执行一个程序但它会在任务之间快速切换给人一种它同时执行所有任务的外观。这与完整的操作系统不同因为 RTOS 为有限数量的预定义任务提供高度响应的处理。
特别是RTOS 非常适用于小型硬件如微控制器以实时处理数据并降低缓冲延迟。RTOS以结构化、独立的方式组织任务允许确定性执行模式能够迅速响应事件。RTOS 的一些关键特性包括多任务处理、中断管理、任务间同步与通信、内存管理和实时时钟。稍后会详细介绍。
目前让我们更仔细地看看不同类型的RTOS。
RTOS的类型
硬实时操作系统Hard RTOSs
硬实时操作系统适用于错过截止时间会导致系统故障的应用程序。你会在对时间敏感的应用中看到这种类型的 RTOS比如交通控制、防抱死制动系统或飞机传感器。
这些系统保证对预定义输入的具体响应时间按照计划截止日期执行任务。在航空或医疗设备等领域例如精度和速度至关重要硬实时操作系统确保数据和处理得到迅速处理。在这些情况下RTOS 在几分之一秒内处理事件未能满足特定约束条件将导致系统故障有时还可能导致灾难性后果。
软实时操作系统Soft RTOSs
与硬实时操作系统相比软实时操作系统提供了一种更加灵活的方法。当软实时操作系统错过截止时间时虽然不理想但并非灾难性。这些系统优先考虑可预测性和可靠性而不是极端速度。
与硬实时操作系统不同软实时操作系统不严格执行截止日期。这使得在媒体流媒体、网络路由、游戏和模拟等场景中更好地支持多任务处理。虽然软实时操作系统中的延迟可能导致暂时的故障但系统将继续运行而不至于停滞使其非常适合像个人电脑、相机和智能手机等设备。
中间实时操作系统Firm RTOSs
中间实时操作系统处于硬实时操作系统和软实时操作系统之间。对于这些系统错过截止时间被视为系统故障但不会产生灾难性后果。例如在自动化工厂系统中错过截止时间可能会导致生产问题但不会带来即时危险。
中间实时操作系统在保持一定灵活性的同时遵循截止日期接受一些小的时间延迟就像在多媒体应用中可能会影响产品质量的情况下一样。因此这些系统在保证系统持续运行的同时可能导致最终产品质量的降低。
是什么构成了RTOS
RTOS的一些关键特性包括
RTOS是如何运作的呢
所以我们知道 RTOS 是什么以及是什么构成了 RTOS。虽然了解这两个方面很有用但了解 RTOS 实际上是如何工作的也是至关重要的。
因此这里是 RTOS 如何实现其功能的基本概述
任务调度 – RTOS 使用算法如速率单调调度或最早截止时间优先确定执行任务的顺序。中断管理 – RTOS 快速处理中断并抢占正在进行的任务将响应时间降到最低。任务间通信和同步 – RTOS 使用信号量、消息队列和事件标志等机制在不同任务之间进行通信和同步。资源分配 – RTOS 通过根据任务优先级和要求分配 CPU 时间、内存和外设实现系统的实时行为。
2024年度最佳 ROTS 推荐
热门开源RTOS
大多数 RTOS 都是开源的允许开发人员根据特定用例进行定制并在各种操作和设备上部署它们。
在这里我们分享了一些市场上最受欢迎的 RTOS
SAFERTOS®
SAFERTOS®是由 WHIS 创建的安全关键 RTOS。它专注于需要认证的应用例如医疗、汽车和工业领域。
它获得了 IEC 61508 SIL3 和 ISO 26262 ASILD 等认证由 TÜV SÜD 颁发并以最小的资源利用率提供强大的可靠性和高性能。基于 FreeRTOS 功能模型进行了调整用户可以通过受支持的迁移路径无缝过渡到 SAFERTOS®。
Keil RTX
这个免费使用的 RTOS 专为 ARM Cortex-M 设备定制。它为开发人员提供了一个结构良好且高效的平台支持多任务处理具有灵活的调度功能 – 包括循环、抢占和协同等算法以及低中断延迟。
Keil RTX 还支持一系列同步机制如邮箱、信号量、互斥锁和定时器用于多线程和线程安全操作。它还可以在 MDK-ARM 中进行内核感知调试。
DuinOS
这款小型多线程 RTOS 支持与 Arduino 兼容的开发板。
基于 FreeRTOS 内核该 RTOS 最近进行了重构包括 FreeRTOS 10似乎很快将支持 ARM Cortex-M。
Zephyr
这个 RTOS 由 Linux Foundation 托管得到了英特尔的大力支持。由于是开源和可扩展的Zephyr 专为资源受限的设备进行了优化从嵌入式传感器到完整的物联网系统。
它支持多种硬件架构包括 ARMCortex-A、Cortex-R和Cortex-M、Intel x86、ARC、Nios II、Tensilica Xtensa、RISC-V、SPARC和MIPS。
Zephyr 注重安全性和多功能性与不断发展的各种硬件环境的需求相一致使其成为各种实时应用的有前途的选择。
FreeRTOS
FreeRTOS 被广泛认为是最受欢迎的 RTOS。自 2017 年以来由亚马逊拥有它为各种处理器架构提供广泛的支持是嵌入式系统和微控制器的一款简约而强大的 RTOS。
它已与 AWS Greengrass 集成进行软件开发并提供了像线程、互斥锁、信号量和线程安全的堆分配方法等基本的多线程原语。专为微控制器定制它可以在有限的资源上高效运行直接从 ROM 或 Flash 存储中运行。
流行的商业RTOS
VxWork
除了开源 RTOS 外市场上还有许多由公司创建的流行的商业 RTOS用于不同行业。让我们看看今天一些最受欢迎的商业选项
VxWork 支持许多 CPU 架构包括 AMD、Intel、POWER、ARM 和 RISC-V支持多核非对称多处理AMP、对称多处理SMP、混合模式和多操作系统配置。
embOS
embOS 由德国公司 Segger 开发该公司专注于嵌入式系统调试设备。这个 RTOS 的主要重点是工业和汽车应用它具有零中断延迟、最小内存消耗和优化的高速RAM和ROM使用。它还可以在具有8位、16位和32位处理器的平台上使用因此在不同的CPU上具有很高的可移植性。
ThreadX
微软 Azure 的 RTOSThreadX是专为嵌入式物联网应用定制的高级 RTOS。它是最受欢迎的 RTOS之一在全球数十亿产品中部署并广泛用于从消费设备到医疗电子和工业控制等各种应用。
ThreadX 提供先进的功能如抢占式阈值调度、事件链接和执行分析以及 pico 内核架构和全面的性能指标。
它是一款小巧、快速且高效的 RTOS确保了可靠和可预测的运行实时应用的环境使其在汽车、航空航天和消费电子等行业中成为一个坚实的选择。
Micrium OS
有时被称为 Micrium µC 的 Micrium OS 是一款可扩展的 RTOS专为嵌入式系统设计在医疗设备、工业自动化和电信等领域广泛使用。
这个 RTOS 具有很高的可扩展性能够适应不同的系统复杂性使其成为需要实时精度和可靠性的应用的不错选择。
QNX
这款专有的 RTOS 广泛应用于汽车和工业控制领域以其实时性能和可靠性而闻名。
QNX 为在不同行业运行实时应用创建了一个可靠和可预测的环境它还具有良好的稳定性声誉因此是满足关键领域实时应用的严格标准的不错选择。
LynxOS
这个本地的 POSIX RTOS 在航空航天和国防工业中一直很受欢迎专注于虚拟化技术。
LynuxWorks现在称为 LynxOS成立于 1985 年在加利福尼亚州为汽车、工业和 IT 基础设施领域创建了 RTOS。该公司现在为广泛的行业创建虚拟化技术。
PikeOS
PikeOS 是一款为工业和汽车市场创建的商业 RTOS。现在它更偏向于监控程序和 Linux 技术。
这款 RTOS 具有基于分离内核的监控程序允许为其他操作系统和应用程序创建多个逻辑分区。这意味着团队可以在仍然遵循行业特定的质量、安全和安全标准的同时开发可认证的物联网设备。例如PikeOS for MPU 专门针对使用 MPU 而不是 MMU 的实时、安全关键的应用。
Neutrino
Neutrino 是一款广泛知名的 RTOS以在汽车市场特别是燃烧发动机管理系统中占主导地位而闻名。
TI-RTOS
TI-RTOS 通过消除从头开始创建基本系统软件功能的需要加速了开发。相反它提供可扩展性从实时多任务内核 TI-RTOS Kernel 到带有额外中间件组件和设备驱动程序的完整RTOS系统。使用 TI-RTOS 与 TI的MCU 结合开发人员可以设计具有延长电池寿命的应用程序。
Azure RTOS
Azure RTOS 由 Microsoft 提供支持并在全球超过100亿台设备上部署。
Azure RTOS 主要用于嵌入式技术并包括一个小巧而强大的操作系统为资源受限设备提供可靠且超快的性能。它还支持最流行的32位微控制器和嵌入式开发工具因此您可以充分发挥团队现有的技能。
总结
随着技术的不断发展选择适合您项目的正确RTOS比以往任何时候都更加重要选择一个能够正确平衡确定性、任务调度和资源分配等因素的RTOS。
结论是什么呢了解新的和改进的RTOS有助于满足实时要求并确保正确的RTOS集成到适配的系统中。
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