實時操作系統(tǒng)是保證在一定時間限制內完成特定功能的操作系統(tǒng)。實時操作系統(tǒng)有硬實時和軟實時之分，硬實時要求在規(guī)定的時間內必須完成操作，這是在操作系統(tǒng)設計時保證的;軟實時則只要按照任務的優(yōu)先級，盡可能快地完成操作即可。

實時操作系統(tǒng)的相關概念

(1)基本概念

代碼臨界段：指處理時不可分割的代碼。一旦這部分代碼開始執(zhí)行則不允許中斷打入;

資源：任何為任務所占用的實體;

共享資源：可以被一個以上任務使用的資源;

任務：也稱作一個線程，是一個簡單的程序。每個任務被賦予一定的優(yōu)先級，有它自己的一套CPU寄存器和自己的?？臻g。典型地，每個任務都是一個無限的循環(huán)，每個任務都處在以下五個狀態(tài)下：休眠態(tài)，就緒態(tài)，運行態(tài)，掛起態(tài)，被中斷態(tài);

任務切換：將正在運行任務的當前狀態(tài)(CPU寄存器中的全部內容)保存在任務自己的棧區(qū)，然后把下一個將要運行的任務的當前狀態(tài)從該任務的棧中重新裝入CPU的寄存器，并開始下一個任務的運行;

內核：負責管理各個任務，為每個任務分配CPU時間，并負責任務之間通訊。分為不可剝奪型內核于可剝奪型內核;

調度：內核的主要職責之一，決定輪到哪個任務運行。一般基于優(yōu)先級調度法;

一.操作系統(tǒng)

近些年，MCU產品性價比不斷提升，尤其是32位MCU，其運行主頻已達百兆級甚至高達1GHz，功能越來越強，資源配置也越來越豐富，編程也越來越復雜，需要RTOS來配置管理基礎資源和維護管理產品。

RTOS可以應用到8位/16位/32位MCU產品上，但32位MCU產品將會是主流。MCU產品雙核多核產品增多，產品功能的復雜度越來越高。而MCU與CPU產品不再是涇渭分明，異構集成將是一個新的產品發(fā)展特點。

MCU產品將會沿著摩爾定律之路繼續(xù)前行，會不斷涌現出新的產品，RTOS的路越來越寬廣。

1.操作系統(tǒng)分類

一般可分為：通用操作系統(tǒng)(OS)，手機移動端的iOS 、鴻蒙系統(tǒng)及 Android，實時操作系統(tǒng)(RTOS)兩大類。而實時操作系統(tǒng)(RTOS)根據其運行的處理器不同可以進一步分為：CPU RTOS和MCU RTOS兩類。

Windows及手機系統(tǒng)是面向消費者的，RTOS是面向開發(fā)者及物聯網的;Windows有著統(tǒng)一的處理器，在一臺電腦上編譯好的程序可以很方便地在另一臺計算機上運行，RTOS使用的是不同架構的處理器或微控制器，不能跨處理器或硬件運行，

需要進行相應地移植。RTOS現階段難以像Windows一樣形成大一統(tǒng)的格局，差異化的應用需求仍然需要差異化的RTOS。

2.實時操作系統(tǒng)的兩個誤區(qū)

(1)用了實時系統(tǒng)后，系統(tǒng)響應速度一定更快。不一定。因為實時操作系統(tǒng)本身引入了執(zhí)行開銷，所以對于小型應用來說，有RTOS的性能也許不如無操作系統(tǒng)的情況。

實時操作系統(tǒng)的優(yōu)勢最能體現在中大型系統(tǒng)中，當任務間存在復雜的耦合和依賴關系，并且應用程序經常要長時間等待外部資源時。

(2)用實時操作系統(tǒng)就可以保證實時性。不一定。相對來說，使用實時系統(tǒng)可以改善系統(tǒng)的實時性。但是實時操作系統(tǒng)只是作為工具存在的，如果需要提供實時性保障，

還需要使用實時系統(tǒng)理論對任務的可調度性和響應時間進行分析，才可以得到科學、系統(tǒng)的響應性保障。

二.常見RTOS介紹

1.μClinux

μClinux是一種優(yōu)秀的嵌入式Linux版本，其全稱為micro-control Linux，從字面意思看是指微控制Linux。同標準的Linux相比，μClinux的內核非常小，但是它仍然繼承了Linux操作系統(tǒng)的主要特性，

包括良好的穩(wěn)定性和移植性、強大的網絡功能、出色的文件系統(tǒng)支持、標準豐富的API，以及TCP/IP網絡協(xié)議等。因為沒有MMU內存管理單元，所以其多任務的實現需要一定技巧。

μClinux在結構上繼承了標準Linux的多任務實現方式，分為實時進程和普通進程，分別采用先來先服務和時間片輪轉調度，僅針對中低檔嵌入式CPU特點進行改良，且不支持內核搶占，實時性一般。

綜上可知，μClinux最大特點在于針對無MMU處理器設計，這對于沒有MMU功能的stm32f103來說是合適的，但移植此系統(tǒng)需要至少512KB的RAM空間，1MB的ROM/FLASH空間，而stmf103擁有256K的FLASH，需要外接存儲器，這就增加了硬件設計的成本。

μClinux結構復雜，移植相對困難，內核也較大，其實時性也差一些，若開發(fā)的嵌入式產品注重文件系統(tǒng)和與網絡應用則μClinux是一個不錯的選擇。

2.μC/OS-II

μC/OS-II是在μC/OS的基礎上發(fā)展起來的，是用C語言編寫的一個結構小巧、搶占式的多任務實時內核。μC/OS-II能管理64個任務，并提供任務調度與管理、內存管理、任務間同步與通信、時間管理和中斷服務等功能，具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實時性能優(yōu)良和擴展性強等特點。

在文件系統(tǒng)的支持方面，由于μC/OS-II是面向中小型嵌入式系統(tǒng)的，即使包含全部功能，編譯后內核也不到10 KB，所以系統(tǒng)本身并沒有提供對文件系統(tǒng)的支持。但是μC/OS-II具有良好的擴展性能，如果需要也可自行加入文件系統(tǒng)的內容。

在對硬件的支持上，μC/OS-II能夠支持當前流行的大部分CPU，μC/OS-II由于本身內核就很小，經過裁剪后的代碼最小可以為2KB，所需的最小數據RAM空間為4 KB，μC/OS-II的移植相對比較簡單，只需要修改與處理器相關的代碼就可以。

綜上可知，μC/OS-II是一個結構簡單、功能完備和實時性很強的嵌入式操作系統(tǒng)內核，針對于沒有MMU功能的CPU，它是非常合適的。它需要很少的內核代碼空間和數據存儲空間，擁有良好的實時性，良好的可擴展性能，并且是開源的，網上擁有很多的資料和實例，所以很適合向stm32f103這款CPU上移植。

3.eCos

eCos(embedded Configurable operating system)，即嵌入式可配置操作系統(tǒng)。

它是一個源代碼開放的可配置、可移植、面向深度嵌入式應用的實時操作系統(tǒng)。

最大特點是配置靈活，采用模塊化設計，核心部分由小同的組件構成，包括內核、C語言庫和底層運行包等。

每個組件可提供大量的配置選項(實時內核也可作為可選配置)，使用eCos提供的配置工具可以很方便地配置，并通過不同的配置使得eCos能夠滿足不同的嵌入式應用要求。

eCos操作系統(tǒng)的可配置性非常強大，用戶可以自己加入所需的文件系統(tǒng)。eCos操作系統(tǒng)同樣支持當前流行的大部分嵌入式CPU，eCos操作系統(tǒng)可以在16位、32位和64位等不同體系結構之間移植。

eCos由于本身內核就很小，經過裁剪后的代碼最小可以為10 KB，所需的最小數據RAM空間為10 KB。

在系統(tǒng)移植方面 eCos操作系統(tǒng)的可移植性很好，要比μC/OS-II和μClinux容易。

綜上所述，eCos最大特點是配置靈活，并且支持無MMU的CPU的移植，開源且具有很好的移植性，也比較合適于移植到stm32平臺的CPU上。

但eCOS的應用還不是太廣泛，還沒有像μC/OS-II那樣普遍，并且資料也沒有μC/OS-II多。eCos適合用于一些商業(yè)級或工業(yè)級對成本敏感的嵌入式系統(tǒng),例如消費電子領域中的一些應用。

4.FreeRTOS

由于RTOS需占用一定的系統(tǒng)資源(尤其是RAM資源)，只有μC/OS-II、embOS、salvo、FreeRTOS等少數實時操作系統(tǒng)能在小RAM單片機上運行。

相對于C/OS-II、 embOS等商業(yè)操作系統(tǒng)，FreeRTOS操作系統(tǒng)是完全免費的操作系統(tǒng)，具有源碼公開、可移植、可裁減、調度策略靈活的特點，可以方便地移植到各種單片機上運行，其最新版本為6.0版。

作為一個輕量級的操作系統(tǒng)，FreeRTOS提供的功能包括：任務管理、時間管理、信號量、消息隊列、內存管理、記錄功能等，可基本滿足較小系統(tǒng)的需要。

FreeRTOS內核支持優(yōu)先級調度算法，每個任務可根據重要程度的不同被賦予一定的優(yōu)先級，CPU總是讓處于就緒態(tài)的、優(yōu)先級最高的任務先運行。

FreeRT0S內核同時支持輪換調度算法，系統(tǒng)允許不同的任務使用相同的優(yōu)先級，在沒有更高優(yōu)先級任務就緒的情況下，同一優(yōu)先級的任務共享CPU的使用時間。

FreeRTOS的不足：

相對于常見的μC/OS—II操作系統(tǒng)，FreeRTOS操作系統(tǒng)既有優(yōu)點也存在不足。

其不足之處， 一方面體現在系統(tǒng)的服務功能上，如FreeRTOS只提供了消息隊列和信號量的實現，無法以后進先出的順序向消息隊列發(fā)送消息;另一方 面，FreeRTOS只是一個操作系統(tǒng)內核，

需外擴第三方的GUI(圖形用戶界面)、TCP/IP協(xié)議棧、FS(文件系統(tǒng))等才能實現一個較復雜的系統(tǒng)， 不像μC/OS-II可以和μC/GUI、μC/FS、μC/TCP-IP等無縫結合。

5.mbed OS

開源嵌入式操作系統(tǒng)，ARM公司將mbed OS免費提供給所有廠商使用，mbed提供了一個相對更加系統(tǒng)和更加全面的智能硬件開發(fā)環(huán)境。

主要功能：

提供用于開發(fā)物聯網設備的通用操作系統(tǒng)基礎，以解決嵌入式設計的碎片化問題。支持所有重要的連接性與設備管理開放標準，以實現面向未來的設計。使安全可升級的邊緣設備支持新增處理能力與功能。通過自動電源管理解決復雜的能耗問題。

主要特點：

開發(fā)速度快，功能強大，安全性高，為了量產化而設計，可離線開發(fā)，也可以在網頁上編輯。

6.RTX

是ARM公司的一款嵌入式實時操作系統(tǒng)，使用標準的C結構編寫，運用RealView編譯器進行編譯。不僅僅是一個實時內核，還具備豐富的中間層組件，不但免費，而且代碼也是開放的。

主要功能：

開始和停止任務(進程)，除此之外還支持進程通信，例如任務的同步、共享資源(外設或內存)的管理、任務之間消息的傳遞。開發(fā)者可以使用基本函數去開啟實時運行器，去開始和終結任務，以及去傳遞任務間的控制(輪轉調度)。開發(fā)者可以賦予任務優(yōu)先級。

主要特點：

支持時間片，搶占式和合作式調度。不限制數量的任務，每個任務都具有254的優(yōu)先級。不限制數量的信號量，互斥信號量，消息郵箱和軟定時器。支持多線程和線程安全操作。使用MDK基于對話框的配置向導，可以很方便的完成MDK的配置。

7.VxWorks

美國WindRiver公司于1983年設計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系(RTOS)，具有硬實時、確定性與穩(wěn)定性，也具備航空與國防、工業(yè)、醫(yī)療、汽車、消費電子產品、網絡及其他行業(yè)要求的可伸縮性與安全性。

主要功能：

支持可預測的任務同步機制、支持多任務間的通信、存儲器優(yōu)化管理、操作系統(tǒng)的(中斷延遲、任務切換、驅動程序延遲等)行為是可知的和可預測的。實時時鐘服務+中斷管理服務。

主要特點：

具有一個高性能的操作系統(tǒng)內核Wind(實時性好、可裁減)友好的開發(fā)調試環(huán)境、較好的兼容性、支持多種開發(fā)和運行環(huán)境

8.QNX

誕生于1980年，是一種商用的遵從POSIX規(guī)范的類Unix嵌入式實時操作系統(tǒng)。

主要功能：

支持在同一臺計算機上同時調度執(zhí)行多個任務;也可以讓多個用戶共享一臺計算機，這些用戶可以通過多個終端向系統(tǒng)提交任務，與QNX進行交互操作。

主要特點：

核心僅提供4種服務：進程調度、進程間通信、底層網絡通信和中斷處理，其進程在獨立的地址空間運行。所有其它OS服務，都實現為協(xié)作的用戶進程，因此QNX核心非常小巧(QNX4.x大約為12Kb)而且運行速度極快。

9.NuttX

NuttX是一個實時嵌入式操作系統(tǒng)(Embedded RTOS)，第一個版本由 Gregory Nutt 于 2007 年在寬松的 BSD 許可證下發(fā)布。

主要功能：

可以構建為開放的、平面的嵌入式 RTOS，或單獨構建為具有系統(tǒng)調用接口的微內核。容易擴展到新的處理器架構、 SoC 架構或板級架構。實時的、確定性的、支持優(yōu)先級繼承。BSD 套接字接口。優(yōu)先級管理的擴展?？蛇x的具有地址環(huán)境的任務(進程)。

主要特點：

配置靈活，采用模塊化設計，核心部分由小同的組件構成，包括內核、C語言庫和底層運行包等。每個組件可提供大量的配置選項(實時內核也可作為可選配置)，使用eCos提供的配置工具可以很方便地配置，并通過不同的配置使得eCos能夠滿足不同的嵌入式應用要求。

//以下為國內RTOS操作系統(tǒng)：

10.都江堰操作系統(tǒng)(djyos)

(注意：網友提示都江堰操作系統(tǒng)官網提示，stm32的f4和f7沒調通)

都江堰操作系統(tǒng)，簡稱djyos，得名于一個偉大的水利工程：都江堰。

與傳統(tǒng)操作系統(tǒng)不同，djyos不是以線程而是以事件為調度核心，這種調度算法使程序員擺脫模擬計算機執(zhí)行過程編寫程序的思維方式，而是按人類認知世界的方式編寫應用程序，就如同在嵌入式編程中引入了VC似的。

djyos的調度算法使程序員可以擺脫線程和進程的束縛，djyos沒有有關線程的api，一個完全不懂線程知識的程序員也可以順利地在djyos下編寫應用程序。

djyos 操作系統(tǒng)是以事件為核心進行調度的，這種調度策略使程序員可以按人類認知事物的習慣而不是計算機的習慣來編程。

11.Alios Things

據著名媒體嵌入式操作系統(tǒng)RTOS介紹，AliOS Things 是 AliOS 家族旗下、面向 IoT 領域的、高可伸縮的物聯網操作系統(tǒng)。AliOS Things將致力于搭建云端一體化IoT基礎設施，具備極致性能、極簡開發(fā)、云端一體、豐富組件、安全防護等關鍵能力，

并支持終端設備連接到阿里云Link，可廣泛應用在智能家居、智慧城市、新出行等領域。

點評：阿里系，背靠阿里資源來勢洶洶殺入物聯網市場，芯片+模組廠商合作，是非常有力的一個玩家，但這也是其最大的劣勢!

12.Huawei LiteOS

嵌入式操作系統(tǒng)RTOS介紹，Huawei LiteOS 是華為面向IoT領域，構建的輕量級物聯網操作系統(tǒng)，以輕量級低功耗、快速啟動、互聯互通、安全等關鍵能力，為開發(fā)者提供 “一站式” 完整軟件平臺，有效降低開發(fā)門檻、縮短開發(fā)周期。

點評：華為系，不過其開源程度比較低，其主要用于華為自己的產品，有大樹罩著。

13.RT-Thread

嵌入式操作系統(tǒng)RTOS介紹，RT-Thread是一個集實時操作系統(tǒng)(RTOS)內核、中間件組件和開發(fā)者社區(qū)于一體的技術平臺，由熊譜翔先生帶領并集合開源社區(qū)力量開發(fā)而成，

RT-Thread也是一個組件完整豐富、高度可伸縮、簡易開發(fā)、超低功耗、高安全性的物聯網操作系統(tǒng)。RT-Thread具備一個IoT OS平臺所需的所有關鍵組件，例如GUI、網絡協(xié)議棧、安全傳輸、低功耗組件等等。

經過11年的累積發(fā)展，RT-Thread已經擁有一個國內最大的嵌入式開源社區(qū)，同時被廣泛應用于能源、車載、醫(yī)療、消費電子等多個行業(yè)，累積裝機量超過兩千萬臺，成為國人自主開發(fā)、國內最成熟穩(wěn)定和裝機量最大的開源RTOS。

點評：國內最有可能成為Top 1，優(yōu)勢在于豐富的組件，中立立場!趕上了時機，得到諸多芯片廠商的支持，也挺受開發(fā)者喜歡的。缺點在于本身的教程文檔和freertos等之類的比還是很弱。

文檔：https://www.rt-thread.org/document/site/

書籍：《 嵌入式實時操作系統(tǒng)：RT-Thread設計與實現 》《 RT-Thread內核實現與應用開發(fā)實戰(zhàn)指南 基于STM32 》

14.SylixOS

嵌入式操作系統(tǒng)RTOS介紹，SylixOS 是一個開源的跨平臺的大型實時操作系統(tǒng)(RTOS)，SylixOS誕生于2006年，經過十多年的持續(xù)開發(fā)，SylixOS 已成為功能最為全面的國產操作系統(tǒng)之一。