感知、組織、分析、呈現(xiàn)和決策信息需要軟件。幾十年來(lái)，我們一直在使用各種平臺(tái)以不同級(jí)別的能力來(lái)執(zhí)行此任務(wù)?，F(xiàn)在，我們擁有非常小的設(shè)備，這些設(shè)備由單節(jié)電池運(yùn)行，具有1990年代后期基于80486的個(gè)人計(jì)算機(jī)的功率，下一個(gè)問(wèn)題是顯而易見(jiàn)的 - 軟件。有了裸機(jī)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）和像Linux這樣的真實(shí)操作系統(tǒng)可供選擇，我們將遇到無(wú)線電和計(jì)算機(jī)中探索的類(lèi)似問(wèn)題，但從軟件的角度來(lái)看。

從可擴(kuò)展的軟件架構(gòu)開(kāi)始是任何嵌入式應(yīng)用所必需的。在最終確定嵌入式應(yīng)用程序的編程體系結(jié)構(gòu)之前，必須考慮將來(lái)可能調(diào)用的增強(qiáng)軟件。許多工程師認(rèn)為這是事后的想法，因?yàn)樗麄兞?xí)慣于在操作系統(tǒng)之上編寫(xiě)代碼。

另一個(gè)重要的考慮因素是成本。隨著系統(tǒng)功能的增加，對(duì)更快的處理器、更多的代碼內(nèi)存和 RAM 的需求也在增加。下面的圖 1 顯示了嵌入式系統(tǒng)的典型功能與成本關(guān)系圖，盡管在可能的硬件選擇方面，不同層之間的界限是模糊的：

在以下情況下，首選裸機(jī)編程：

該應(yīng)用程序很簡(jiǎn)單，可以在低端處理器上實(shí)現(xiàn)。

應(yīng)用程序需要提取每個(gè)周期的CPU功率，并且操作系統(tǒng)引入的開(kāi)銷(xiāo)是不可接受的。

安全性和安全性與硬件密切相關(guān)，其中系統(tǒng)按照確切的期望執(zhí)行和運(yùn)行，并且系統(tǒng)一直處于這種狀態(tài)。

硬件成本受到限制，并且需要出色的效率。

許多嵌入式應(yīng)用程序是無(wú)限循環(huán)，其中它們執(zhí)行一個(gè)任務(wù)，然后執(zhí)行另一個(gè)任務(wù)，依此類(lèi)推，重復(fù)相同的功能。這些任務(wù)中的大多數(shù)都是相互依賴(lài)的。裸機(jī)編程對(duì)于代碼應(yīng)該是可預(yù)測(cè)的、可理解的、并且應(yīng)該易于調(diào)試的情況并不理想。擁有調(diào)度程序使嵌入式工程師的生活更加簡(jiǎn)單 - 每個(gè)軟件模塊都可以獨(dú)立設(shè)計(jì)，然后使用調(diào)度程序的幫助與其他軟件模塊鏈接和調(diào)度。因此，隨著代碼復(fù)雜性的增加以及系統(tǒng)需要功能強(qiáng)大的微處理器/微控制器，RTOS是首選。當(dāng)MCU集成更多內(nèi)存和外設(shè)時(shí)，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)成為必需品。復(fù)雜的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可能需要更多的中斷源、更多的功能和更多的標(biāo)準(zhǔn)通信接口——主要是無(wú)線。在如此復(fù)雜的解決方案中可能需要RTOS。

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以充分利用功能豐富的MCU，特別是當(dāng)提供中間件可以處理復(fù)雜任務(wù)時(shí)，否則將需要真正的操作系統(tǒng)。但是，在軟件方面，有許多不重疊的復(fù)雜性和功能領(lǐng)域。具有添加中間件的RTOS可以接近通用操作系統(tǒng)的功能。例如，中間件可以添加文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、圖形和復(fù)雜輸入支持等功能，盡管與本地支持這些功能的真正操作系統(tǒng)相比，需要增加開(kāi)發(fā)工作。一些遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)甚至支持 POSIX API，這些 API 可以在一定程度上重用來(lái)自 Linux/Unix 應(yīng)用程序的代碼。

但是，當(dāng)應(yīng)用程序復(fù)雜性增加到超過(guò)特定限制時(shí)，通用嵌入式操作系統(tǒng)就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。這時(shí)，處理器會(huì)說(shuō)：“給我一個(gè)MMU，我就可以解決你所有的問(wèn)題。由于其代碼大小和主存儲(chǔ)器要求，昂貴的SRAM和NOR存儲(chǔ)器變得不切實(shí)際。大多數(shù)嵌入式版本的通用操作系統(tǒng)需要至少 16-32 MB 的主內(nèi)存和 64+MB 的代碼存儲(chǔ)才能正常運(yùn)行。幸運(yùn)的是，應(yīng)用處理器和通用操作系統(tǒng)能夠處理更便宜、更慢的存儲(chǔ)器，如DRAM和NAND閃存。

當(dāng)您遷移到嵌入式通用操作系統(tǒng)時(shí)，您不會(huì)丟失“實(shí)時(shí)功能”。它們能夠以略高的延遲級(jí)別運(yùn)行實(shí)時(shí)應(yīng)用程序，具有不同級(jí)別的確定性（“軟實(shí)時(shí)”）。但大多數(shù)應(yīng)用程序不需要“硬實(shí)時(shí)”功能。在嵌入式操作系統(tǒng)上運(yùn)行的經(jīng)過(guò)良好驗(yàn)證的應(yīng)用程序可以像在中間件的幫助下在RTOS上運(yùn)行的類(lèi)似應(yīng)用程序一樣防彈和確定性。

由于持續(xù)的硅擴(kuò)展以及大量工程師對(duì)合適的操作系統(tǒng)更滿意，應(yīng)用處理器和內(nèi)存的成本每年都在降低，許多本來(lái)會(huì)使用RTOS的應(yīng)用程序現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)應(yīng)用處理器+適當(dāng)?shù)牟僮飨到y(tǒng)組合具有成本效益，并且還縮短了上市時(shí)間。

審核編輯：郭婷