用RTOS做嵌入式开发，究竟有什么优势？

只看该作者 · 2020-4-9 17:03

一、特性与应用

1、并发性

程序并发工作效率低，在写裸机软件时不可避免的在主程序中会有一个超级大的while（1）循环，这里几乎包含了整个项目的所有业务逻辑。因为每个业务逻辑里面都会有delay这样的循环等待函数，这就导致了所有的业务逻辑几乎都是串行起来工作的。

这个时候，CPU就会有很多时间都浪费在了延时函数里，一直在空转，从而导致了软件的并发效率非常差。

2、模块化：高内聚、低耦合的原则

从软件工程的角度来看，我们在做软件开发时，通常都会强调高内聚、低耦合的原则。而裸机的模块化开发难度非常大，模块间的耦合较重，这也导致了无法在大型项目使用裸机来开发。

还是刚才main函数中大while（1）的例子，大家可以想象一下，那么多功能都紧紧地挤在一个函数里，不可拆分，模块化开发的困难重重。

举一个非常贴切的例子，在一些使用看门狗的项目中，如果使用delay延时函数，就得注意一点，万一延时过长，主函数来不及喂狗，看门狗就被触发了。最后会产生这样一种感觉，一个简简单单的delay还得考虑喂狗功能，裸机开发时操的心太多了，自然无法应用在大型项目中。

3、生态：很多高级软件组件，必须依赖于操作系统来实现

比如，我前些年开源过一个基于FreeModbus的Modbus主机协议栈，因为要考虑各个平台适配问题，原本计划支持各种各样的操作系统，甚至是裸机平台。在各个操作系统上的适配都非常容易，但再去尝试着适配裸机时，却发现难度重重，有一些函数在裸机上实现起来非常复杂，而且针对不同的裸机环境，几乎没有通用性可言，太耗费精力了，所以最终就放弃了裸机适配。直到现在，在裸机上还是没法用这个Modbus主机协议栈。

还有一些软件无法运行在裸机上，比如乐鑫、Realtek、ti和联发科提供的WIFi SOC SDK，以及一些蓝牙SOC的SDK也都是只支持操作系统。所以，如果你不了解、不会使用操作系统，这些芯片也就玩不转了。

4、实时性：在功能复杂的情况下，实时性无法保证

软件的实时性在一些领域会有一定的要求，软件的每个步骤必须在指定的时间被触发。这其中，工控领域就是最常见到的场景，如果实时性无法保证，机械设备可能就无法按照指定时序要求去动作，以至于发生机械事故，甚至会威胁到人的生命。

回过来再看裸机软件，如果软件变得庞大以后，可以想象一下，主程序中那么大的一个while（1）循环，代码耦合严重，到处都是delay延时，要保证实时性几乎是不可能的。

5、可重用性：软件可重用性差，总是重复造轮子

实际上，可重用性与模块化程度有着直接的关系。

相信大家在工作中都不想做很多重复性的工作吧？同样，在写代码时，也想着尽可能少写一些功能相似的代码。但是，在这个嵌入式碎片化极其严重的时代，有着各式各样的芯片，想要让同样的代码在裸机环境下同时适配不同的硬件，其难度非常大。这样也就导致了裸机的代码会过多的依赖于底层硬件，重复造轮子的过程也就不可避免。

二、操作系统带来的优势

记得第一次接触操作系统是在2010年左右，那时STM32已经开始流行起来了。如此强大的单片机，有很多人都在上面跑操作系统，我也跟着移植了ucos，并且还在上面跑了ucgui。那个时候写应用完全是一种全新的体验，感觉爽了很多，大概玩了一年ucos，后来接触到咱们国产的RT-Thread，发现在它上面有很多现成的、拿来即用组件，试用以后感觉更爽，于是就一直用到了今天。截止目前，大概已有8年了，因此也跟大家聊一聊操作系统的优势。

1、模块化

使用了操作系统后，整个软件的工作被拆分成了由多个任务来构成（也会被称为线程），每个线程拥有自己独立的运行空间，即线程堆栈。这个时候，每个线程你玩你的，我做我的，咱们大家互补干涉，模块化程度得到很好的提高。

2、并发性

从并发的角度来看，各个线程在使用delay/事件等待这类函数时，就会自动的让出CPU给其它有需要的线程，不仅书写delay延时函数操的心少了，整个CPU的利用率也得到了提高，最终提升并发性。

3、实时性

再来看实时性，像ucos/RT-Thread这些RTOS本身就被设计为实时的操作系统，各个线程都有不同的优先级别，重要的线程可以设为高优先级，不重要的线程可以降低优先级，做好全局的统筹规划后，这样整个软件的实时性也能得到保证。

4、开发效率

由于操作系统提供了统一的抽象接口层，方便了可重用组件的积累，提高了开发效率。

其实，操作系统是一群软件大牛们智慧的结晶，他们站在应用软件、底层驱动的开发角度，对很多常见的软件功能进行了封装、抽象，比如信号量、事件通知、邮箱、环形缓冲区、单向链表/双向链表等，这些功能拿来即用，对于开发者来说方便极了。

此外，还有一些操作系统，比如Linux和我们国产的RT-Thread，这些系统对碎片化的硬件，统一封装了一套标准的硬件操作接口，一般称为设备驱动框架。这样一来，我们的应用软件工程师就可以专攻应用的工作了，再也不用怕更换硬件又需要重复造轮子了。

5、软件生态

生态的丰富带来了量变到质变的过程，使用操作系统所带来的软件可模块化、重用性的提升，同时也使得我们自己在做软件开发时，可以封装一套基于操作系统、适合嵌入式的可重用组件。这些组件不仅可以应用在自己的项目中，还能开源出来分享给更多有需要的嵌入式开发者，从而把软件的价值最大化。

个人感觉，这是一件蛮有意义事情，我自己本身也是一名开源极客，也有在GitHub上开源一些嵌入式软件。说实话，在做开源软件前，能够深入交流嵌入式软件的地方非常少，毕竟大家的代码不是芯片不一样，就是硬件不一样，你的代码给了他，也不一定能运行起来。但是，自从用了操作系统以后，软件的可重用性提高了，能够让更多的人很迅速的用起来我的开源软件，这个时候能够有更多的人可以一起交流，还接触到了很多的大牛们，甚至是国外的朋友。俗话说“水涨船高”，我的能力也从此得到了快速的提升。所以总结下来，有一个能一起交流嵌入式软件圈子还是蛮重要的，自己闭门造车，可能都是在重复造轮子。

三、常见的RTOS优势对比

ucos、Freertos、RT-Thread，选择这三款OS的原因是，它们的年限都比较长了，并且在市面上都蛮有知名度的，用过的人比较多，更具有说服力。

1、基本功能和性能

各家RTOS差异很小，可比性并不是很大。

2、易用性/可读性

这块FreeRTOS应该说是最差，奇葩的匈牙利命名法，代码实现用了很多宏，可读性非常差。

ucos的可读性还可以，注释也很全。

这块做的比较好的是RT-Thread，它是类Linux的代码风格，面向对象的设计模式，代码简洁易懂。在保证了体积的同时，还借鉴了Linux的设备驱动框架、虚拟文件系统、Shell等功能，设计更加优雅。

3、组件丰富性

RT-Thread比起传统的UCOS、FreeRTOS，不仅仅在基础功能上多而全，多达50个以上的可重用软件组件，同时还有很多物联网组件，对于物联网产品几乎做到开箱即用。

此外，RT-Thread还可以运行Python、Java、Lua这些高级语言的脚本，从而进一步降低了开发难度。

4、开发资料

这块ucos做得最好，还有配套相关的书籍。

而FreeRTOS属于后起之秀，网上也有很多的相关资料。

在这方面，RT-Thread之前还是略显薄弱的，但现在RT-Thread对这块非常重视，最直观的可以看到官网上的应用笔记越来越多了，还有一些配套教学视频。

5、版权

ucos商业是要收费的，而FreeRTOS和RT-Thread的版权都很宽松，特别是RT-Thread刚刚使用了Apache许可协议。

6、社区生态

这三款RTOS的社区都比较活跃，但现在可以感觉到ucos用的人开始越来越少了，而RT-Thread和FreeRTOS用的人都在增多。

其中，RT-Thread也是开发者最多的国产RTOS，并且还拥有国内最大的嵌入式开源软件社区。

免责声明：本文系网络转载，版权归原作者所有。如有问题，请联系删帖，谢谢！

↑↑

扫码关注更多精彩内容