用RTOS做嵌入式開發(fā)，究竟有什么優(yōu)勢？
[導讀]第一、并發(fā)性 程序并發(fā)工作效率低在寫裸機軟件時，不可避免的在主程序中會有一個超級大的 while(1) 循環(huán)，這里面幾乎包含整個項目的所有業(yè)務邏輯。因為每個業(yè)務邏輯里面都會有 delay 這樣的循環(huán)等待函數(shù)，這樣導致了所有的業(yè)務邏輯幾乎都是串行起來工作的。這
第一、并發(fā)性
程序并發(fā)工作效率低在寫裸機軟件時，不可避免的在主程序中會有一個超級大的 while(1) 循環(huán)，這里面幾乎包含整個項目的所有業(yè)務邏輯。因為每個業(yè)務邏輯里面都會有 delay 這樣的循環(huán)等待函數(shù)，這樣導致了所有的業(yè)務邏輯幾乎都是串行起來工作的。這個時候 CPU 就會有很多時間都浪費在了延時函數(shù)里，一直在空轉(zhuǎn)，導致軟件的并發(fā)效率非常差。
第二、模塊化：高內(nèi)聚、低耦合的原則
從軟件工程的角度，我們在做軟件開發(fā)時，都會強調(diào)高內(nèi)聚、低耦合的原則。而裸機的模塊化開發(fā)難度非常大，模塊間的耦合較重，這也導致了無法在大型項目使用裸機來開發(fā)。
還是剛才 main 函數(shù)中大 while(1) 的例子，可以想象到那么多功能都緊緊的擠在一個函數(shù)里，不可拆分，模塊化開發(fā)的困難重重。
舉一個非常貼切的例子，在一些使用看門狗的項目中，如果使用 delay 延時函數(shù)，那得注意點，萬一延時過長，主函數(shù)來不及喂狗，看門狗就被觸發(fā)了。最后會產(chǎn)生這樣一種感覺，一個簡簡單單的 delay 還得考慮喂狗功能，裸機開發(fā)時操的心太多了，自然無法應用在大型項目中。
第三、生態(tài)：很多高級軟件組件，必須依賴于操作系統(tǒng)來實現(xiàn)
比如說，我前些年開源過一個基于 FreeModbus 的 Modbus 主機協(xié)議棧，因為要考慮各個平臺適配問題，原本計劃支持各種各樣的操作系統(tǒng)，甚至是裸機平臺。在各個操作系統(tǒng)上的適配都非常容易，但再去嘗試著適配裸機時，發(fā)現(xiàn)難度重重，有一些函數(shù)在裸機上實現(xiàn)起來非常復雜，而且針對于不同的裸機環(huán)境，幾乎沒有通用性可言，太耗費精力了。所以我最終就放棄了裸機適配，一直到現(xiàn)在，在裸機上還是沒法用這個 Modbus 主機協(xié)議棧。
還有一些軟件無法運行在裸機上，比如：樂鑫、Realtek、 ti 和 聯(lián)發(fā)科 提供的 WIFi SOC SDK ，一些藍牙 SOC 的 SDK 也都是只支持操作系統(tǒng)，所以，如果你不了解、不會使用操作系統(tǒng)，這些芯片也就玩不轉(zhuǎn)了。
第四、實時性：功能復雜的情況下，實時性無法保證
軟件的實時性在一些領域會有一定的要求，軟件的每個步驟必須在指定的時間被觸發(fā)。工控領域就是最常見到的場景，如果實時性無法保證，機械設備可能就無法按照指定時序要求去動作，以至于發(fā)生機械事故，甚至會威脅到人的生命。回過來接著看裸機軟件，如果軟件變得龐大以后，可以想象到，主程序中那么大的一個 while(1) 循環(huán)，代碼耦合嚴重，到處都是 delay 延時，要保證實時性幾乎是不可能的。
第五、可重用性：軟件可重用性差，總是重復造輪子
可重用性與模塊化程度有直接的關系。相信大家每個人在工作中都不想做很多重復性的工作，同樣在寫代碼時，也想著盡可能少寫一些功能相似的代碼。但在這個嵌入式碎片化極其嚴重的時代，各式各樣的芯片，想要讓同樣的代碼，在裸機環(huán)境下同時適配不同的硬件，難度非常大。這樣也就導致了裸機的代碼會過多的依賴于底層硬件，重復造輪子的過程也就不可避免。
操作系統(tǒng)帶來的優(yōu)勢
第一次接觸操作系統(tǒng)，是在 2010 年左右，那時 STM32 已經(jīng)開始流行起來，這么強大的單片機，有很多人都在上面跑操作系統(tǒng)，我也跟著移植了 ucos ，在上面還跑了 ucgui ，這個時候?qū)憫猛耆且环N全新的體驗，爽了很多，玩了一年了 ucos ，后來接觸到咱們國產(chǎn)的 RT-Thread ，在它上面有很多現(xiàn)成的、拿來即用組件，試用以后發(fā)現(xiàn)更爽，就一直用到了今天，大概有 8 年了。也跟大家也聊一聊操作系統(tǒng)的優(yōu)勢：
線程方式的并發(fā)任務處理，解決模塊化問題，同時保證實時性
使用了操作系統(tǒng)以后，整個軟件的工作被拆分成了由多個任務來構成（也會被稱為線程），每個線程有自己獨立的運行空間，即線程堆棧，這個時候每個線程你玩你的，我做我的，咱們大家互補干涉，模塊化程度得到很好的提高。
2、 并發(fā)性
從并發(fā)的角度來看，各個線程在使用 delay/事件等待 這類函數(shù)時，會自動的讓出 CPU 給其他有需要的線程，不僅書寫 delay 延時函數(shù)操的心少了，整個 CPU 的利用率也得到了提高，最終提升并發(fā)性。
3、 實時性
再來看實時性，像 ucos/RT-Thread 這些 RTOS 本身就被設計為實時的操作系統(tǒng)，各個線程都有不同的優(yōu)先級別，重要的線程可以設為高優(yōu)先級，不重要的線程可以降低優(yōu)先級，做好全局的統(tǒng)籌規(guī)劃后，這樣整個軟件的實時性也能得到保證。
4、開發(fā)效率
由于操作系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的抽象接口層，方便了可重用組件的積累，提高開發(fā)效率
還有一些操作系統(tǒng)，比如：Linux 和我們國產(chǎn)的 RT-Thread ，他們這些系統(tǒng)對碎片化的硬件，統(tǒng)一封裝了一套標準的硬件操作接口，一般稱為設備驅(qū)動框架。這樣我們的應用軟件工程師，就可以專攻應用的工作，再也不用怕更換硬件，又需要重復造輪子了。
5、軟件生態(tài)
生態(tài)的豐富帶來了量變到質(zhì)變的過程（自己玩->大家一起玩）
常見RTOS優(yōu)勢對比
ucos/freertos/RT-Thread，選擇這三款 OS 的原因是，它們的年限都比較長了，在市面上都蠻有知名度，用過的人比較多，更有說服力。
各家 RTOS 差異很小，可比性并不是很大
這塊 FreeRTOS 應該說是最差，奇葩的匈牙利命名法，代碼實現(xiàn)用了很多宏，可讀性非常差。ucos 可讀性還可以，注釋也很全。這塊做的比較好的是 RT-Thread ，它是類 Linux 的代碼風格，面向?qū)ο蟮脑O計模式，代碼簡潔易懂。在保證了體積（最小 ROM：3K RAM：1.5K）的同時，還借鑒了 Linux 的設備驅(qū)動框架、虛擬文件系統(tǒng)、Shell 等功能，設計更加優(yōu)雅。
3、 組件豐富性
RT-Thread 比起傳統(tǒng) UCOS、FreeRTOS 不僅僅在基礎功能上多而全，多達 50 個以上的可重用軟件組件，還有很多物聯(lián)網(wǎng)組件，對于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品幾乎做到開箱即用。RT-Thread 還可以運行 Python、Java、Lua 這些高級語言的腳本，進一步降低開發(fā)難度。
4、 開發(fā)資料
這塊 ucos 做的最好，還有配套相關的書籍，F(xiàn)reeRTOS 屬于后起之秀，網(wǎng)上也有很多相關資料。RT-Thread 這塊之前還是略顯薄弱的，不過現(xiàn)在 RT-Thread 對這塊非常重視，最直觀的可以看到官網(wǎng)上的應用筆記越來越多了，還有一些配套教學視頻。
ucos 商業(yè)是要收費的，F(xiàn)reeRTOS 和 RT-Thread 版權都很寬松，特別是RT-Thread剛剛使用了Apache許可協(xié)議。
6、 社區(qū)生態(tài)
這三款 RTOS 的社區(qū)都比較活躍，現(xiàn)在可以感覺到 ucos 慢慢的用的人越來越少了，RT-Thread 和 FreeRTOS 用的人都在增多。RT-Thread 也是開發(fā)者最多的國產(chǎn) RTOS，并且還擁有國內(nèi)最大的嵌入式開源軟件社區(qū)。
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