在每個(gè)開發(fā)周期中都有一個(gè)時(shí)候，你必須選擇軟件構(gòu)建的基礎(chǔ)。雖然有許多選擇，但它們通常分為三類：裸機(jī)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)或通用操作系統(tǒng)(GPOS)。

裸機(jī)系統(tǒng)不使用操作系統(tǒng)。相反，應(yīng)用程序代碼直接在硬件上運(yùn)行，不需要操作系統(tǒng)的支持。你的代碼直接與硬件交互并訪問硬件。

RTOS操作系統(tǒng)旨在為實(shí)時(shí)應(yīng)用程序提供可預(yù)測的執(zhí)行時(shí)間和時(shí)間敏感的應(yīng)用程序。他們的主要特征是響應(yīng)性和確定性。

GPOS設(shè)計(jì)用于運(yùn)行廣泛的軟件應(yīng)用程序。這些操作系統(tǒng)的特點(diǎn)是用戶友好的界面和它們提供的廣泛服務(wù)。GPOS的例子包括Windows、Linux和MacOS。

你的選擇可能會對成本、上市時(shí)間甚至質(zhì)量產(chǎn)生很大的后果。讓我們看看如何在裸機(jī)、RTOS和GPOS之間做出選擇。

何時(shí)選擇裸機(jī)

當(dāng)處理器硬件受到資源限制時(shí)，裸機(jī)解決方案可以很好地工作。受限的資源包括處理器總線寬度、RAM、閃存和處理器速度。例如，你會發(fā)現(xiàn)在8位和16位微控制器上很少支持RTOS。

你還會發(fā)現(xiàn)，很少有操作系統(tǒng)適合32千字節(jié)的閃存空間或只有2千字節(jié)RAM的處理器。

資源限制并不是選擇裸機(jī)的唯一考慮因素。如果你的系統(tǒng)有非常嚴(yán)格的實(shí)時(shí)要求，你可能還想選擇裸機(jī)解決方案。操作系統(tǒng)通常會有與其內(nèi)核相關(guān)的開銷，這會導(dǎo)致響應(yīng)時(shí)間的抖動和延遲。直接訪問硬件可以幫助你管理時(shí)序和確定性，同時(shí)確保低延遲。

裸機(jī)解決方案最適合基于微控制器的低端系統(tǒng)，這些系統(tǒng)是具有嚴(yán)格實(shí)時(shí)要求的斷開系統(tǒng)。

何時(shí)選擇RTOS

當(dāng)你的可用硬件不受資源限制時(shí)，RTOS是一個(gè)很好的解決方案。這些包括硬件系統(tǒng)，如32位微控制器和低端應(yīng)用處理器。要使用RTOS，你的系統(tǒng)應(yīng)該至少有64千字節(jié)的閃存、4千字節(jié)的RAM和80 MHz或更高的處理器時(shí)鐘。雖然你可以少花一些時(shí)間，但是你將花費(fèi)更多的時(shí)間來對抗RTOS和硬件，而不是開發(fā)你的應(yīng)用程序。

RTOS通常用于比裸機(jī)系統(tǒng)具有更復(fù)雜時(shí)序要求的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)通常需要管理實(shí)時(shí)需求，同時(shí)處理TCP/IP、MQTT、USB、Wi-Fi等通信棧。雖然使用裸機(jī)解決方案開發(fā)這些類型的系統(tǒng)是可能的，但是擁有RTOS可以簡化設(shè)計(jì)，加快上市時(shí)間，并使軟件維護(hù)更容易。

RTOS的另一個(gè)重要方面是操作系統(tǒng)添加到軟件開發(fā)中的功能，例如任務(wù)管理、任務(wù)同步、調(diào)度和任務(wù)間通信。RTOS可以讓你優(yōu)先處理那些可以互相搶占的任務(wù)，從而允許更復(fù)雜的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。

RTOS解決方案最適合中高性能微控制器和低端應(yīng)用處理器，在這些領(lǐng)域，高可靠性和時(shí)序至關(guān)重要。

何時(shí)選擇GPOS

當(dāng)你有應(yīng)用程序處理器或完整的微處理器可用時(shí)，通用操作系統(tǒng)非常適合。當(dāng)你看到GPOS時(shí)，你很可能會使用某種嵌入式Linux。硬件通常是32位應(yīng)用處理器，以200 MHz或更高的總線速度運(yùn)行，具有數(shù)兆字節(jié)的內(nèi)存存儲和RAM，如果不是數(shù)千兆字節(jié)的話。

對于不太需要嚴(yán)格計(jì)時(shí)和確定性的復(fù)雜應(yīng)用程序來說，GPOS是一個(gè)出色的解決方案。GPOS通常提供廣泛的服務(wù)，例如用戶友好的界面、通信堆棧、軟件更新的簡便性等。這些功能可以幫助你在沒有底層硬件知識或?qū)I(yè)知識的情況下更好地管理系統(tǒng)。它們也更易于設(shè)置和管理。在GPOS，更多的開發(fā)人員擁有領(lǐng)域知識，但電子產(chǎn)品通常比微控制器解決方案貴得多。

GPOS解決方案最適合確定性和系統(tǒng)時(shí)序不太重要的應(yīng)用和微處理器。

結(jié)論

為你的電子系統(tǒng)選擇基礎(chǔ)時(shí)，你會發(fā)現(xiàn)有三種通用解決方案可供選擇:裸機(jī)、RTOS和GPOS。最佳解決方案取決于你可用的硬件、你想要的可靠性以及系統(tǒng)的時(shí)序要求。在某些情況下，你可能會發(fā)現(xiàn)不止一個(gè)適合。在這些情況下，你必須考慮開發(fā)成本以及長期維護(hù)和支持。

不要忘記考慮系統(tǒng)的可伸縮性及其未來擴(kuò)展的潛力。系統(tǒng)可能需要發(fā)展，以適應(yīng)更復(fù)雜的功能或額外的硬件，能夠處理這種增長的操作系統(tǒng)可能會更好地服務(wù)于這些系統(tǒng)。最后，考慮每個(gè)選項(xiàng)可用的社區(qū)和供應(yīng)商支持，因?yàn)檫@可能會極大地影響你在系統(tǒng)生命周期中排除故障、更新和保護(hù)系統(tǒng)的能力。