實時操作系統(tǒng)(RTOS，Real-Time Operating System)是一種能夠在確定的時間內(nèi)對外部輸入做出反應(yīng)的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在工業(yè)控制、航空航天、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，因為它們需要保證系統(tǒng)的實時性和可靠性。

滿足實時控制要求的嵌入式操作系統(tǒng)(RTOS)操作系統(tǒng)，以下介紹11種主流的RTOS，分別為RTX、Vxworks、QNX、NuttX、μClinux、FreeRTOS，而國產(chǎn)的嵌入式操作系統(tǒng)包括都江堰操作系統(tǒng)(djyos)、IntewellOS、Alios Things、Huawei LiteOS、SylixOS。

1、RTX

RTX是ARM公司的一款嵌入式實時操作系統(tǒng)，使用標(biāo)準(zhǔn)的C結(jié)構(gòu)編寫，運用RealView編譯器進(jìn)行編譯。不僅僅是一個實時內(nèi)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(wù)(進(jìn)程)，除此之外還支持進(jìn)程通信，例如任務(wù)的同步、共享資源(外設(shè)或內(nèi)存)的管理、任務(wù)之間消息的傳遞。開發(fā)者可以使用基本函數(shù)去開啟實時運行器，去開始和終結(jié)任務(wù)，以及去傳遞任務(wù)間的控制(輪轉(zhuǎn)調(diào)度)。開發(fā)者可以賦予任務(wù)優(yōu)先級。

主要特點：支持時間片，搶占式和合作式調(diào)度。不限制數(shù)量的任務(wù)，每個任務(wù)都具有254的優(yōu)先級。不限制數(shù)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?qū)?，可以很方便的完成MDK的配置。

2、Vxworks

美國WindRiver公司于1983年設(shè)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(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)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(yù)測的任務(wù)同步機(jī)制、支持多任務(wù)間的通信、存儲器優(yōu)化管理、操作系統(tǒng)的(中斷延遲、任務(wù)切換、驅(qū)動程序延遲等)行為是可知的和可預(yù)測的。實時時鐘服務(wù)+中斷管理服務(wù)。

主要特點：

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

3、QNX

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(jī)上同時調(diào)度執(zhí)行多個任務(wù);也可以讓多個用戶共享一臺計算機(jī)，這些用戶可以通過多個終端向系統(tǒng)提交任務(wù)，與QNX進(jìn)行交互操作。

主要特點：核心僅提供4種服務(wù)：進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、底層網(wǎng)絡(luò)通信和中斷處理，其進(jìn)程在獨立的地址空間運行。所有其它OS服務(wù)，都實現(xiàn)為協(xié)作的用戶進(jìn)程，因此QNX核心非常小巧(QNX4.x大約為12Kb)而且運行速度極快。

4、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(gòu)建為開放的、平面的嵌入式 RTOS，或單獨構(gòu)建為具有系統(tǒng)調(diào)用接口的微內(nèi)核。容易擴(kuò)展到新的處理器架構(gòu)、 SoC 架構(gòu)或板級架構(gòu)。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(kuò)展。可選的具有地址環(huán)境的任務(wù)(進(jìn)程)。

主要特點：配置靈活，采用模塊化設(shè)計，核心部分由小同的組件構(gòu)成，包括內(nèi)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(nèi)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(yīng)用要求。

5、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(biāo)準(zhǔn)的Linux相比，μClinux的內(nèi)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(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能、出色的文件系統(tǒng)支持、標(biāo)準(zhǔn)豐富的API，以及TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。因為沒有MMU內(nèi)存管理單元，所以其多任務(wù)的實現(xiàn)需要一定技巧。

μClinux在結(jié)構(gòu)上繼承了標(biāo)準(zhǔn)Linux的多任務(wù)實現(xiàn)方式，分為實時進(jìn)程和普通進(jìn)程，分別采用先來先服務(wù)和時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度，僅針對中低檔嵌入式CPU特點進(jìn)行改良，且不支持內(nèi)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(shè)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(shè)計的成本。

μClinux結(jié)構(gòu)復(fù)雜，移植相對困難，內(nèi)核也較大，其實時性也差一些，若開發(fā)的嵌入式產(chǎn)品注重文件系統(tǒng)和與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用則μClinux是一個不錯的選擇。

6、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(shù)實時操作系統(tǒng)能在小RAM單片機(jī)上運行。

相對于C/OS-II、 embOS等商業(yè)操作系統(tǒng)，F(xiàn)reeRTOS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(diào)度策略靈活的特點，可以方便地移植到各種單片機(jī)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)，F(xiàn)reeRTOS提供的功能包括：任務(wù)管理、時間管理、信號量、消息隊列、內(nèi)存管理、記錄功能等，可基本滿足較小系統(tǒng)的需要。

FreeRTOS內(nèi)核支持優(yōu)先級調(diào)度算法，每個任務(wù)可根據(jù)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(wù)先運行。

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

7、都江堰操作系統(tǒng)(djyos)

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(diào)度核心，這種調(diào)度算法使程序員擺脫模擬計算機(jī)執(zhí)行過程編寫程序的思維方式，而是按人類認(rèn)知世界的方式編寫應(yīng)用程序，就如同在嵌入式編程中引入了VC似的。

djyos的調(diào)度算法使程序員可以擺脫線程和進(jìn)程的束縛，djyos沒有有關(guān)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(yīng)用程序。

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

8、IntewellOS

Intewell操作系統(tǒng)是科東軟件基于“道”系統(tǒng)研發(fā)出來的一款微內(nèi)核實時操作系統(tǒng)(RTOS)，具備軟件定義控制、高實時、微內(nèi)核、微秒級響應(yīng)、高可靠、全國產(chǎn)自主可控、多業(yè)務(wù)承載、軟硬件解耦等一系列的特性。

主要功能：

具有良好的可擴(kuò)展性、友好的用戶開發(fā)環(huán)境和豐富的開發(fā)調(diào)試工具，提供POSIX接口，支持目前市面上的主流芯片。Intewell還可以提供Windows和Linux的實時擴(kuò)展解決方案，可以為用戶更好地進(jìn)行業(yè)務(wù)部署。

主要特點：

可以單個RTOS在多核上運行，高實時、高可靠;驅(qū)動、組件等運行在核心態(tài)外的非特權(quán)級空間中，系統(tǒng)隔離性和可靠性高;采用用戶級線程，線程切換性能以及線程間的同步、通信性能更高;支持X86、ARM、RISC-V等各種架構(gòu)的硬件平臺。

9、Alios Things

據(jù)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(lǐng)域的、高可伸縮的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。AliOS Things將致力于搭建云端一體化IoT基礎(chǔ)設(shè)施，具備極致性能、極簡開發(fā)、云端一體、豐富組件、安全防護(hù)等關(guān)鍵能力，并支持終端設(shè)備連接到阿里云Link，可廣泛應(yīng)用在智能家居、智慧城市、新出行等領(lǐng)域。

10、Huawei LiteOS

嵌入式操作系統(tǒng)RTOS介紹，Huawei LiteOS 是華為面向IoT領(lǐng)域，構(gòu)建的輕量級物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，以輕量級低功耗、快速啟動、互聯(lián)互通、安全等關(guān)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。

11、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(jīng)過十多年的持續(xù)開發(fā)，SylixOS 已成為功能最為全面的國產(chǎn)操作系統(tǒng)之一。目前已有眾多產(chǎn)品和項目應(yīng)用案例，行業(yè)涉及航空航天、軍事防務(wù)、軌道交通、智能電網(wǎng)、工業(yè)自動化等諸多領(lǐng)域。SylixOS 完全符合 POSIX 規(guī)范，開源社區(qū)豐富的自由軟件移植非常方便。

開發(fā)者在選擇RTOS時，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和需求來選擇合適的系統(tǒng)。例如，在資源有限的嵌入式系統(tǒng)中，可以選擇輕量級的FreeRTOS或μC/OS;在對系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性要求較高的場景中，可以選擇VxWorks或QNX。通過了解和比較這些RTOS的特點和優(yōu)勢，開發(fā)者可以更加明智地做出選擇，以滿足項目的實際需求。