如何选择嵌入式系统操作系统：操作系统特征

嵌入式系统开发人员目前拥有广泛的操作系统。当然，最直接的操作系统就是没有操作系统！但是，当今的许多系统都是复杂的连接系统，可能需要操作系统。在需要时，开发人员通常会希望使用实时操作系统（RTOS）或Linux来帮助他们管理复杂性。不幸的是，如何在裸机，RTOS或Linux之间进行选择并不总是明确的。每个选项都有其优点和缺点。

这篇文章将探讨选择操作系统时应考虑的系统特征。然后在下一篇文章中，我们将介绍使用每个操作系统最有意义的时间。

产品的生命周期成本

为嵌入式系统选择操作系统首先要了解产品的生命周期成本和要求。需要在物料清单 （BOM） 成本和产品的软件维护成本之间进行权衡。例如，使用Linux的嵌入式系统发现利用开源软件并找到可以编写系统软件的开发人员更容易。但是，基于 Linux 的系统比基于微控制器的系统具有更复杂的硬件要求，并且可能具有更高的 BOM 成本。基于微控制器的系统可能成本较低，但能够成功设计和维护这些系统的开发人员也较少。

设计人员需要权衡硬件和软件成本，以确定他们的产品使用可以运行Linux的硬件是否有意义，或者更便宜，CPU密集型的解决方案是否更适合。

要考虑的物理特性

说到硬件功能和要求，在选择嵌入式操作系统时，还必须检查硬件选择的物理特性。应考虑微处理器或微控制器的物理因素包括：

外设功能集

中央处理器时钟速度

可用的闪存

可用内存

硬件对系统施加的物理约束可能会立即限制您可以使用的选项。例如，要运行嵌入式Linux的风格，通常需要处理器包含内存管理单元（MMU）。不幸的是，微控制器没有MMU。因此，要运行Linux，设计人员至少需要有一个Cortex-A范围内的应用处理器，而不是Cortex-M系列中的微控制器（尽管事情变化很快，并且有人可能拥有具有MMU和合理时钟速率的微控制器）。

要运行嵌入式Linux，硬件还必须具有至少8 GB的存储空间，16 GB的RAM和8 - 16 MB的内部闪存。像Linux这样的内核可能还需要至少500 MHz的处理器。这些远高于运行RTOS所需的水平，RTOS至少需要4 kB的RAM，64 kB的闪存和24 MHz的CPU。

实时性能

我从经验中知道，探索裸机、RTOS和基于Linux的系统之间的实时性能特征是一个烫手山芋。专注于基于微控制器的实时系统的工程师通常会告诉您，您无法从Linux系统获得实际的实时性能。Linux工程师会告诉你这不是真的;有实时补丁，它提供了实际的实时行为。从那里开始，争论通常会变得激烈。

无论您站在栅栏的哪一边，都必须查看实时要求并在选择操作系统时使用它们。评估系统需要的确定性，并根据这些需求评估操作系统。我见过Linux实时版本，效果很好;其他没有的。没有一个普遍正确的答案，只有一个适合您的应用程序的答案。

软件库集成

使用裸机、RTOS 或 Linux 之间的显著区别之一是开发人员可用的软件库的可用性和集成级别。在裸机领域，您只能靠自己。您要么从头开始编写软件，要么自己集成第三方库。另一方面，RTOS将附带一套已经与RTOS集成的库。例如，人们可能会找到循环缓冲区，内存管理工具，文件系统等。更多的库可用并集成，但可能仍然需要自己做一些工作。

当你看Linux时，感觉开发人员拥有几乎无限的库供应，这些库可用并且已经与系统集成。嵌入式 Linux 最吸引人和最具附加值的特征是软件库的可用性和集成性。开发人员拥有整个操作系统。这很强大，但也有潜在的危险。

不要忘记安全性

如今，许多设计人员正在构建必须具有安全解决方案的互联系统。操作系统在安全解决方案中起着重要作用。例如，如果在 Linux 内核使用的标准库中发现漏洞，则在修补之前，每个 Linux 设备都会有该漏洞。裸机或基于RTOS的系统很有可能不会有同样的漏洞。特定操作系统比其他人更受黑客攻击，因为他们可以使用工具集来破解这些设备。例如，我把使用RTOS的嵌入式系统直接放在互联网上，没有受到保护，而且它们几周都没有受到损害。我曾经在互联网上放了一个基于Linux的系统，它在48小时内被黑客入侵并成为中国僵尸网络的一部分。在Linux系统防御中，我相信默认密码仍然被设置，但它表明，如果你不花时间正确配置你的操作系统，它不需要太多的时间来破解它。

结论

开发人员在选择操作系统时应考虑许多特征。第一个特征与建筑产品的成本和业务方面更相关。但是，更重要的属性，如可用库，安全性，可维护性等，也起着至关重要的作用。那么您应该使用哪种操作系统以及在什么情况下使用？在下一篇文章中，我们将探讨这个问题，并提供有关在何处使用裸机、RTOS 和 Linux 的指南。

审核编辑 黄昊宇