當今嵌入式系統中最重要的組件之一是“RTOS”或“實時操作系統”，它負責從調度任務到啟用C和Python等高級語言的所有工作。那么，是什么讓RTOS成功了，為什么嵌入式開發人員要關心它呢？

 

RTOS與GPOS

 

通用操作系統（GPOS）。通用操作系統中的“通用”意味著操作系統必須實現許多目標，如提供良好的最終用戶體驗、支持不同類型的程序和硬件以及提供定制選項等功能。

 

GPOS傾向于與處理器協同工作，其中每個內核每次運行一個執行線程。在這里，操作系統的調度器決定運行哪個程序以及何時運行，并在每個程序之間快速切換。這導致了同時執行的錯覺，并希望提供良好的整體用戶體驗。除此之外，GPOS還可以提供其他功能，如復雜的圖形用戶界面、復雜的文件I/O系統等。

 

另一方面，RTOS被設計為提供可預測的執行模式，并且在處理必須符合有時間限制的系統的時間限制時（即，以某一頻率完成處理，否則整個系統將失敗）使用RTOS。因此，與GPOS相比，RTOS通常重量輕、體積小，通常只提供在特定硬件上運行特定類型應用程序所需的功能。在某些情況下，嵌入式開發人員可能會修改現有的RTOS，將其縮減為僅特定應用程序所需的功能，或自定義其功能或性能特征。

 

實時操作系統可分為：

軟的：RTOS通常可以滿足時間限制的最后期限；搶占期通常在幾毫秒內。

牢固的：RTOS有一定的時間限制，這些限制并不嚴格，可能會產生不希望的但可接受的效果。

硬的：RTOS可以決定性地滿足時間期限。硬RTOS通常適用于涉及任務關鍵型應用程序（如機器人和無人機）的用例。硬RTOS的搶占期通常小于幾微秒。

 

與GPOS一樣，RTOS提供了您期望從OS中獲得的一些或所有基本功能，如線程同步、跨界通信（例如，命名管道）、計時器、內存管理等。然而，RTOS努力以符合底層系統和目標應用程序的時間限制要求的方式提供此功能。

滿足截止日期

在允許RTOS滿足這些時間約束的眾多因素中，任務調度和中斷值得特別一提。

嵌入式開發人員使用GPOS，調度以通常實現高吞吐量(即單位時間內完成執行的進程總數)的方式來處理。但是，這可能意味著高優先級流程的執行將被延遲，以便完成多個低優先級任務。另一方面，RTOS的價值是根據它的反應速度或可預測性來衡量的，而不是根據它在給定時間內完成的工作量來衡量的。

 

在RTOS中，調度通常基于優先級。大多數RTOS使用基于優先級的搶先任務調度方法。這里，高優先級進程將在低優先級進程之上執行。使用GPOS時，隨著需要調度更多線程，延遲會不斷累積。RTOS沒有這樣的問題，因為所有進程和線程的延遲都是有時間限制的。RTOS還為您提供了一種確保共享系統資源不會被并發訪問的方法。

 

在嵌入式開發中，RTOS的內核是可搶占的，而GPOS的內核是不可搶占的，這在優先服務高優先級進程和線程時非常重要。如果沒有可搶占的內核，來自內核內部的請求，比如來自驅動程序或系統服務的請求，將會覆蓋所有其他進程和線程。使用RTOS，只有非常重要的服務請求被保存在內核調用中，所有其他服務請求都被視為外部進程和線程。基于內核的服務請求與RTOS的有限延遲相關聯，以保持快速和可預測的響應。

 

結論

RTOS是確保嵌入式設備（如物聯網、機器人和移動設備）可預測和及時執行的關鍵組件。因此，它的目標是為時間受限的應用程序提供設施，這些應用程序必須在特定的時間框架內執行，同時最小化中斷和切換線程導致的延遲（如延遲）。

 

正如我們所看到的，在嵌入式開發中，有商業、開源和專有的RTOS可以用于嵌入式系統，它們提供了多種選項和功能，如可定制性、跨平臺或專用支持以及豐富的SDK支持。