Costs and the business aspects of building products are key criteria, but attributes like available libraries, security, and maintainability also play an essential role.

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員如今可以使用范圍廣泛的操作系統(tǒng)。當然，最直接的操作系統(tǒng)就是沒有操作系統(tǒng)！然而，當今的許多系統(tǒng)都是復雜的連接系統(tǒng)，可能需要操作系統(tǒng)。需要時，開發(fā)人員通常會尋求使用實時操作系統(tǒng) (RTOS) 或 Linux 來幫助他們管理復雜性。不幸的是，如何在裸機、RTOS 或 Linux 之間進行選擇并不總是很明確。每個選項都有其優(yōu)點和缺點。

這篇文章將探討您在選擇操作系統(tǒng)時應考慮的系統(tǒng)特性。然后在下一篇文章中，我們將介紹何時最適合使用每個操作系統(tǒng)。

產品的生命周期成本

為您的嵌入式系統(tǒng)選擇操作系統(tǒng)首先要了解您的產品的生命周期成本和要求。需要在產品的物料清單 (BOM) 成本和軟件維護成本之間進行權衡。例如，使用 Linux 的嵌入式系統(tǒng)更容易利用開源軟件并找到可以編寫系統(tǒng)軟件的開發(fā)人員。但是，基于 Linux 的系統(tǒng)比基于微控制器的系統(tǒng)具有更復雜的硬件要求，并且可能具有更高的 BOM 成本。基于微控制器的系統(tǒng)成本可能較低，但能夠成功設計和維護這些系統(tǒng)的開發(fā)人員也較少。

設計人員需要權衡硬件和軟件成本，以確定他們的產品使用可以運行 Linux 的硬件是否有意義，或者是否更適合使用更便宜且 CPU 密集度更低的解決方案。

要考慮的物理特性

說到硬件功能和要求，在選擇嵌入式操作系統(tǒng)時，檢查硬件選擇的物理特性也是必不可少的。應考慮的微處理器或微控制器的物理因素包括：

外圍功能集

CPU時鐘速度

可用的閃存

可用內存

硬件對您的系統(tǒng)施加的物理限制可能會立即限制您可以使用哪些選項。例如，運行嵌入式 Linux 通常需要處理器包含內存管理單元 (MMU)。不幸的是，微控制器沒有 MMU。因此，要運行 Linux，設計人員至少需要 Cortex-A 范圍內的應用處理器，而不是 Cortex-M 系列中的微控制器（盡管情況變化很快，有人可能擁有具有 MMU 和合理時鐘速率的微控制器）。

要運行嵌入式 Linux，硬件還必須具有至少 8 GB 的存儲空間、16 GB 的 RAM 和 8 – 16 MB 的內部閃存存儲空間。像 Linux 這樣的內核也可能需要至少 500 MHz 的處理器。這些比運行 RTOS 所需的要高得多，后者至少需要 4 kB 的 RAM、64 kB 的閃存和運行在 24 MHz 的 CPU。

實時性能

我從經驗中知道，探索裸機、RTOS 和基于 Linux 的系統(tǒng)之間的實時性能特征是一個燙手山芋。專注于基于微控制器的實時系統(tǒng)的工程師經常會告訴您，您無法從 Linux 系統(tǒng)中獲得實際的實時性能。Linux 工程師會告訴你這不是真的。有實時補丁，它提供了實際的實時行為。從那里開始，爭論通常會變得激烈。

無論您站在哪一邊，都必須查看實時要求并在選擇操作系統(tǒng)時使用它們。評估系統(tǒng)需要的確定性，并根據這些需求評估您的操作系統(tǒng)。我已經看到了運行良好的 Linux 實時版本。其他沒有。沒有普遍正確的答案，只有適合您的應用的答案。

軟件庫集成

使用裸機、RTOS 或 Linux 之間的顯著差異之一是開發(fā)人員可用的軟件庫的可用性和集成程度。在裸機空間中，您只能靠自己。您要么從頭開始編寫軟件，要么自己集成第三方庫。另一方面，RTOS 將附帶一套已經與 RTOS 集成的庫。例如，可能會發(fā)現循環(huán)緩沖區(qū)、內存管理工具、文件系統(tǒng)等。更多的庫可用和集成，但可能仍然需要自己做一些工作。

當您查看 Linux 時，感覺就像開發(fā)人員擁有幾乎無限的可用庫，并且已經與系統(tǒng)集成。嵌入式 Linux 最具吸引力和增值的特性是軟件庫的可用性和集成。開發(fā)人員可以使用一個整體的操作系統(tǒng)。這很強大，但也有潛在的危險。

不要忘記安全性

如今，許多設計人員正在構建必須具有安全解決方案的連接系統(tǒng)。操作系統(tǒng)在安全解決方案中發(fā)揮著重要作用。例如，如果在 Linux 內核使用的標準庫中發(fā)現漏洞，則在修補之前的每個 Linux 設備都有該漏洞。裸機或基于 RTOS 的系統(tǒng)很可能不會有同樣的漏洞。特定的操作系統(tǒng)比其他操作系統(tǒng)更容易成為黑客的目標，因為他們可以使用工具集來破解這些設備。例如，我已經將使用 RTOS 的嵌入式系統(tǒng)直接放到互聯網上而沒有受到保護，并且它們使用了數周而沒有受到損害。我曾經把一個基于 Linux 的系統(tǒng)放到互聯網上，它在 48 小時內就被黑客入侵并成為中國僵尸網絡的一部分。在 Linux 系統(tǒng)防御中，

結論

開發(fā)人員在選擇操作系統(tǒng)時應考慮許多特性。第一個特征更多地與成本和構建產品的業(yè)務方面有關。然而，更重要的屬性，如可用庫、安全性、可維護性等，也起著至關重要的作用。那么您應該使用哪種操作系統(tǒng)以及在什么情況下使用呢？在下一篇文章中，我們將探討這個問題并提供有關在何處使用裸機、RTOS 和 Linux 的指南。

審核編輯 黃昊宇