问题

在嵌入式商用里面哪款RTOS(实时操作系统)比较多人用?

回答
在嵌入式商用领域,如果说哪款 RTOS 最为普遍,那答案无疑是 FreeRTOS。它不仅仅是用户基数最庞大,更重要的是它在行业内形成了广泛的影响力和生态系统,使得许多开发者在项目初期就会优先考虑它。

为什么 FreeRTOS 如此受欢迎?

要理解 FreeRTOS 的流行,需要从几个关键维度来剖析:

1. 免费与开源:降低门槛,灵活应用

这是 FreeRTOS 最核心的优势之一。

无许可费用: 对于商业项目而言,RTOS 的许可费用往往是一笔不小的开销,尤其是在产品大规模量产后。FreeRTOS 作为一款免费的操作系统,极大地降低了开发和部署的成本。这使得初创企业、小型团队,甚至是个人项目,都能负担得起一个功能完善的实时操作系统。
开源的自由度: 源码的开放意味着开发者可以深入了解 RTOS 的内部工作机制,理解任务调度、中断处理、内存管理等核心原理。更重要的是,如果项目中需要对 RTOS 进行定制化修改,以适应特定的硬件平台或功能需求,开源就提供了这种可能性。开发者可以直接修改源码,优化性能,甚至添加自定义驱动或服务,而不受限于商业 RTOS 的封闭性。

2. 跨平台能力:适应广泛的硬件环境

嵌入式项目千差万别,硬件平台更是五花八门。FreeRTOS 在移植性方面的表现尤为出色。

广泛的硬件支持: FreeRTOS 针对众多主流的微控制器(MCU)和处理器(MPU)架构提供了移植支持,包括 ARM CortexM 系列(这是嵌入式领域最常见的)、RISCV、ESP32、STM32 系列等等。许多知名的 MCU 厂商都会提供针对自家芯片的 FreeRTOS 移植版本或示例代码,大大简化了开发者的上手难度。
清晰的移植接口: FreeRTOS 的核心设计考虑到了移植的便利性。它定义了一套清晰的硬件抽象层(HAL),开发者只需要实现少数几个与特定硬件相关的底层函数(例如上下文切换、时钟节拍等),就可以将 FreeRTOS 移植到新的平台上。这种模块化的设计使得移植过程更加可控和高效。

3. 功能全面且稳定:满足绝大多数嵌入式需求

虽然是免费开源,但 FreeRTOS 在功能上一点也不含糊,能够满足大多数嵌入式商用项目的需求。

核心 RTOS 功能: 提供了任务管理(创建、删除、优先级调度、时间片轮转)、任务间通信(队列、信号量、互斥锁、事件标志)、软件定时器、内存管理(如固定尺寸分配器、内存堆分配器)等 RTOS 的基本功能。
TCP/IP 网络协议栈 (FreeRTOS+TCP): 随着物联网(IoT)应用的兴起,网络通信成为嵌入式系统的标配。FreeRTOS 提供了可选的、功能强大的 TCP/IP 网络协议栈,支持 TCP、UDP、DHCP、DNS 等协议,以及 HTTP、MQTT 等应用层协议,方便开发者构建联网设备。
文件系统 (FatFs): 对于需要存储数据的设备,FreeRTOS 也可以集成流行的 FatFs 文件系统,支持 SD 卡、NAND Flash 等存储介质。
USB 协议栈: 提供了 USB 设备和主机的功能,方便设备与电脑或其他 USB 设备进行通信。
低功耗优化: 针对低功耗应用的需求,FreeRTOS 也提供了相关的支持和配置选项,例如允许系统在没有任务运行时进入休眠状态。

4. 活跃的社区和完善的生态系统:资源丰富,问题易解

一个 RTOS 的成功,离不开社区的支持和周边的生态。

庞大的用户群体: FreeRTOS 拥有数量庞大的用户群体,这意味着在开发过程中遇到问题时,更容易找到相关的解决方案和讨论。各种论坛、技术博客、Stack Overflow 等平台都有大量的 FreeRTOS 相关信息。
丰富的学习资源: Amazon(FreeRTOS 的维护者)以及第三方开发者提供了大量的官方和非官方的学习文档、教程、视频和示例代码。这大大降低了新手的学习曲线。
第三方库和工具: 许多第三方库和开发工具也针对 FreeRTOS 进行了优化或提供了官方支持,例如各种传感器驱动、通信库、GUI 库、调试工具等,进一步丰富了 FreeRTOS 的生态。

5. Amazon 的支持:保驾护航,持续发展

自 2017 年 Amazon 收购 Real Time Engineers Ltd.(FreeRTOS 的创始人公司)以来,FreeRTOS 获得了更强大的技术和商业支持。

官方维护和更新: Amazon 持续投入资源对 FreeRTOS 进行维护、bug 修复和功能更新,确保了 RTOS 的稳定性和安全性。
与 AWS IoT 集成: Amazon 将 FreeRTOS 与自家的 AWS IoT 云平台紧密集成,为构建物联网设备提供了便捷的通道,也进一步推广了 FreeRTOS 在 IoT 领域的应用。
安全性增强: Amazon 也致力于提升 FreeRTOS 的安全性,提供安全通信、安全更新等功能,这对于连接到互联网的设备尤为重要。

当然,没有任何一个 RTOS 是完美的,FreeRTOS 在某些方面也存在一些需要注意的地方:

API 风格可能不够“现代”: 相较于一些较新的 RTOS,FreeRTOS 的 API 设计可能显得略微传统,有些函数命名和参数传递方式可能需要开发者适应。
部分高级功能需要付费或集成第三方: 虽然 FreeRTOS 本身是免费的,但某些非常高级的功能,或者与特定商业中间件(如某些 RTOS 的图形界面库)的集成,可能需要额外的费用或使用第三方组件。
对初学者而言,理解内核原理仍是关键: 尽管有大量的资源,但要真正掌握 FreeRTOS 的精髓,理解其任务调度、同步机制等底层原理仍然是必不可少的。

总而言之,FreeRTOS 之所以成为嵌入式商用领域最受欢迎的 RTOS,是其免费开源的成本优势、强大的跨平台能力、全面的功能集、活跃的社区支持以及 Amazon 的商业 backing 等多方面因素共同作用的结果。 它为开发者提供了一个稳定、可靠且易于使用的基础,使其能够专注于应用程序的开发,快速将产品推向市场。

在实际项目中,开发者在选择 RTOS 时,除了 FreeRTOS,还会考虑其他一些 RTOS,例如:

RTThread: 国内非常流行的一款开源 RTOS,功能丰富,生态系统也在快速发展,尤其是在国内的物联网和嵌入式领域用户基数庞大。
Zephyr RTOS: 由 Linux 基金会托管,同样是开源且免费的,在安全性、连接性和可扩展性方面表现突出,尤其适合物联网设备。
μC/OS (Micrium): 一款曾经非常流行的商业 RTOS,以其高质量和稳定性著称,但后来被 Silicon Labs 收购后,免费策略有所变化。
Azure RTOS (ThreadX): 由 Microsoft 推出的 RTOS,性能优异,功能强大,尤其适合对实时性要求极高的场景,但通常是与 Microsoft 的生态系统绑定较紧密。

然而,综合考虑用户基数、生态成熟度、开发成本和社区活跃度等因素,FreeRTOS 依然是当前嵌入式商用领域最普遍、最被广泛采用的选择。 如果你刚开始接触嵌入式 RTOS 开发,或者正在为一个商业项目寻找一个成熟可靠的解决方案,从 FreeRTOS 入手,无疑是一个非常明智的选择。

网友意见

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刨除Linux体系下的RTOS以外,全球范围内用的最多的硬实时商用RTOS基本上就是VxWorks。

具体到个人的话,看需求。

比如:对实时性有多高要求,是否希望是开源的,国内还是国外(国内目前不太喜欢上国外的系统),对驱动的要求多不多,是否有其它开发框架需要一起,等等。

虽然性能提升能在一定程度上避免一些软实时的问题,但硬实时的需求总是存在的,比如航空航天等领域,特定的硬实时场景下可用的操作系统并不多,Linux并不是一个硬实时系统。

除此之外,某些框架,比如机器学习、图像处理等,只能在Linux下使用,那么就不得不用Linux,哪怕实时性很差。

最后,上RTOS之前,先确认一下,自己的使用场景是不是真的对实时性非常的敏感,否则用Linux就够了。

利益相关,WRS员工。

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是嵌入式系统中一个绕不过去的玩意,是和人们日常生活紧密连接的,只是大多数人感知不到它的存在,你开的汽车中,你玩的手机中,坐的地铁中,都有很多这样的系统在运行。

具体哪款比较好呢?这个算是仁者见仁智者见智吧,为了更具有客观性,笔者拿了一个老外评选十大最流行的rtos,大家可以参考一下:

笔者是一个一线的码农,依靠玩芯片来混饭吃的。玩过了不少芯片和系统,这里说一下自己的观点:

国内的大多数公司,特别是小型的mcu和物联网芯片,使用的freertos比较多的,主要是这玩意不收费,开源的,再者,用起来真心好用,节省mcu资源。整个系统,12k的sram空间都可以运行。

假如玩军工或者大型的工业控制mcu,一般的用类linux的系统比较多,这里假如你想学习的话,直接学习linux即可,这类系统大同小异,学会了linux系统,别的都不在话下了。

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