幾乎所有現代嵌入式系統都是使用某種操作系統(OS)構建的。這意味著選擇該操作系統往往發生在設計過程的早期。許多嵌入式開發人員認為這一選擇過程具有挑戰性。如何為你的特定應用程序選擇操作系統?

選擇標準

操作系統的選擇是由你可能會問自己或別人的一系列問題決定的。很容易想象這都是關于操作系統的技術問題，事實上，這些問題主導了整個過程。然而，需要考慮商業因素(如成本)，也不能忽視個人體驗等因素。

1.技術因素

操作系統的技術方面在選擇過程中占主導地位。在考慮其他參數之前，需要完全弄清楚這些問題。

你的應用程序是實時的嗎?

在實時應用程序中，響應時間至關重要。它可能不夠快，但需要在可預測的(確定性的)時間內對外部事件做出響應，它必須足夠快(或慢)。對操作系統選擇的影響是，實時操作系統(RTOS)最有可能是正確的選擇，因為它是專門為適應應用程序的要求而設計的。Linux本質上不是實時的，但是實時擴展可能使它成為一個可行的選擇。

內存大小有限嗎?

過去，嵌入式開發系統的內存容量通常非常小，可能只有幾k。如今，雖然微控制器的片內存儲器可能仍有很大限制，但提供的內存容量要大得多。在設計完成后，給系統增加更多的內存并不容易。更重量級的操作系統，如Linux，非常需要內存，所以空間限制是一個真正的挑戰。大多數RTOS產品要輕得多，而且很可能是可伸縮的，這意味著內存只用于實際需要的功能。

CPU功率有限嗎?

CPU的能力是衡量它在給定時間內可以做多少工作——可以執行多少指令。大多數嵌入式設計的CPU都有足夠的能力，但可能沒有多余的能力。任何一種OS都是開銷;它的執行使用CPU的能力，但不直接影響應用程序的功能。將這種開銷保持在最低水平通常很重要。操作系統的效率差異很大，但是RTOS的產品傾向于最節約地使用CPU。

設備功耗是個問題嗎?

嵌入式系統的功耗越來越成為優先考慮的問題。這通常用于延長電池壽命，但也可能是出于環境考慮。歷史上，功耗被認為是一個純粹的硬件問題。現在人們認識到，軟件可以大大有助于優化能源的使用。簡單地說，在嵌入式開發中，代碼越小，需要的內存就越少，這樣就節省了能量。類似地，代碼的效率對必要的CPU能力有影響。RTOS很可能是緊湊和高效的。

許多系統都包括電源管理功能。這可能只是低功耗模式(如睡眠和掛起)的可用性，但更高級的電源管理正變得越來越普遍。這可能包括外設的選擇性斷電以及CPU電壓和時鐘頻率的控制。Linux和許多RTOS產品都支持電源管理。

你的系統有模糊的或定制的外圍設備嗎?

嵌入式應用中最具挑戰性的一些代碼是與外圍設備的接口。使用操作系統時，這通常封裝在驅動程序中。大多數RTOSes都提供了大量標準設備的驅動程序。Linux有更多的功能，包括對許多不太知名的硬件的支持。如果你有自定義外設，顯然沒有支持將是可用的，所以將需要一個自定義驅動程序。RTOS供應商通常在這方面提供良好的支持。Linux驅動程序開發專業知識是相當普遍的。

你有內存管理單元(MMU)嗎?

大多數高端嵌入式開發CPU都有一個MMU，至少作為一個選項。這允許重新映射和/或保護存儲區域。MMU對于部署Linux是必不可少的;如果沒有MMU可用，Linux不是一個選項。RTOSes通常不需要MMU，但是如果可以的話，許多人可以通過促進“輕量級進程模型”(也稱為“線程保護模式”)來利用MMU。

應用程序安全性是一個問題嗎?

一些嵌入式應用具有安全意識——必須保護代碼免受外部干擾。這可以看作是保護每個任務不受其他任務的影響。Linux等使用的進程模型。使用MMU是增加安全性的一個非常好的方法。如果RTOS可以利用MMU，如上所述，這可以用更少的開銷提供幾乎同樣多的安全性。

你的應用需要安全認證嗎?

在許多行業——如航空航天、醫療、汽車和工業——都有安全認證計劃。獲得認證的過程既復雜又昂貴。通常需要整個應用程序的所有源代碼，包括操作系統。因此，擁有操作系統源代碼是必不可少的;源代碼并不總是可用的。在某種程度上，要認證的代碼的大小會影響過程的成本，因此操作系統越小越好。

在嵌入式開發中，通常不可能只對操作系統進行認證，而是對整個應用程序進行評估。但是，一些RTOS供應商可以提供“預認證包”，其中提供了操作系統所需的大量初始文檔。當然，選擇在類似應用領域有使用和認證“記錄”的操作系統也是明智的。

2.商業因素

雖然工程師喜歡嵌入式軟件開發的技術挑戰，但這類項目也要考慮商業因素。一切都歸結于錢。實施操作系統需要資金，但卻可以獲得：

l內部開發顯然要花錢

l一件商品有一個價格

l開源不是“免費的”存在實施成本和持續維護

商業操作系統產品有多種商業模式。例如，可能會有一個低的起始付款和每單位裝運的持續版稅，或者可能會有一個較大的前期費用，沒有持續的版稅。可接受的型號取決于售價和預計的出貨量。

3.其他考慮

操作系統選擇過程中容易被忽略的一個方面是利用過去的經驗。嵌入式開發團隊可能以前使用過一個或多個操作系統，這可能會產生重大影響。例如，獲取操作系統API的詳細知識需要一些時間，因此能夠重用這些知識是一個很大的好處。如果API是專有的，這可能是一個指向特定產品的強指針。如果API是一個標準，比如POSIX，你仍然可以選擇。當然，使用混亂和不靈活的API的糟糕體驗可能會產生相反的效果!

與特定供應商合作的經驗是另一個因素。他們的技術支持好嗎?文檔符合標準嗎?源代碼是否可用并得到了很好的評論?

多核系統和操作系統選擇

使用多核設計實現嵌入式系統變得越來越普遍。從軟件的角度來看，有兩種多核系統：

l對稱多處理(SMP)，其中所有內核都是相同的，一個操作系統運行在所有內核上。

l不對稱多處理(AMP)，內核不一定完全相同，每個內核都運行自己的操作系統。

對于SMP系統，操作系統的選擇是按照本文到目前為止所描述的方式進行的，另外一個因素是操作系統必須支持SMP功能。Linux有SMP形式，許多RTOS產品也提供它作為一個選項。對于AMP系統，需要根據其具體要求，使用上述方法為每個內核選擇操作系統。

結論

總的來說，可以看出，對于選擇嵌入式操作系統的問題，沒有真正簡單的答案。有許多相互關聯的因素。重要的是，不僅要關注技術方面的考慮，還要考慮商業問題和過去的經驗。

對于臺式電腦，有大約四種操作系統可供選擇。在嵌入式開發領域，至少有幾十個。這是為什么呢?簡單地說，臺式電腦都大同小異，但每個嵌入式系統都不一樣。這種差異既是技術上的，也是商業上的。因此需要詳細的選擇過程。