單片機編程時，我們都知道有兩種基本操作：裸奔和操作系統(tǒng)。所謂裸奔，就是一個大循環(huán)往復(fù)執(zhí)行。今天要講的是幾個常用的操作系統(tǒng)。實時操作系統(tǒng)（Real-time operating system，RTOS），又稱即時操作系統(tǒng)，它會按照排序運行、管理系統(tǒng)資源，并為開發(fā)應(yīng)用程序提供一致的基礎(chǔ)。與一般的操作系統(tǒng)相比，RTOS最大的特色就是“實時性”，如果有一個任務(wù)需要執(zhí)行，RTOS會馬上執(zhí)行該任務(wù)，不會有較長的延時。這種特性保證了各個任務(wù)的及時執(zhí)行。今天給大家介紹14種主流的RTOS，分別為μClinux、μC/OS-II、eCos、FreeRTOS、mbed OS、RTX、Vxworks、QNX、NuttX；而國產(chǎn)的嵌入式操作系統(tǒng)包括都江堰操作系統(tǒng)(djyos)、Alios Things、Huawei LiteOS、RT-Thread、SylixOS。這14種嵌入式操作系統(tǒng)的特點如下。

01

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(nèi)核非常小，但它仍然繼承了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(wǎng)絡(luò)功能、出色的文件系統(tǒng)支持、標準豐富的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)上繼承了標準Linux的多任務(wù)實現(xiàn)方式，分為實時進程和普通進程，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。

單片機下載程序、在線Debug時往往會用到JTAG和SWD，常用的設(shè)備是J-LINK和ST-LINK，而這都是有版權(quán)的，價格較貴。

而DAP-LINK是開源的燒錄工具，適用于Cotex-M系列內(nèi)核的單片機，無版權(quán)約束。我實現(xiàn)了這個開源項目，無聊成本27元+4元運費即可到手。

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μC／OS-II

μC／OS-II是在μC/OS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是用C語言編寫的一個結(jié)構(gòu)小巧、搶占式的多任務(wù)實時內(nèi)核。μC／OS-II能管理64個任務(wù)，并提供任務(wù)調(diào)度與管理、內(nèi)存管理、任務(wù)間同步與通信、時間管理和中斷服務(wù)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(nèi)核也不到10KB，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(nèi)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(nèi)核就很小，經(jīng)過裁剪后的代碼最小可以為2KB，所需的最小數(shù)據(jù)RAM空間為4KB，μC/OS-II的移植相對比較簡單，只需要修改與處理器相關(guān)的代碼就可以。

綜上可知，μC/OS-II是一個結(jié)構(gòu)簡單、功能完備和實時性很強的嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)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(nèi)核代碼空間和數(shù)據(jù)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(wǎng)上擁有很多的資料和實例，所以很適合向stm32f103這款CPU上移植。

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eCoseCos(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(yīng)用的實時操作系統(tǒng)，其最大的特點就是配置靈活，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。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(jié)構(gòu)之間移植。eCos由于本身內(nèi)核就很小，經(jīng)過裁剪后的代碼最小可以為10KB，所需的最小數(shù)據(jù)RAM空間為10KB。另外，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(yīng)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(lǐng)域中的一些應(yīng)用。

04

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。相對于常見的μC／OS—II操作系統(tǒng)，F(xiàn)reeRTOS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(xiàn)在系統(tǒng)的服務(wù)功能上，如FreeRTOS只提供了消息隊列和信號量的實現(xiàn)，無法以后進先出的順序向消息隊列發(fā)送消息；另一方面，F(xiàn)reeRTOS只是一個操作系統(tǒng)內(nèi)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(xiàn)一個較復(fù)雜的系統(tǒng)，不像μC／OS-II可以和μC／GUI、μC／FS、μC／TCP-IP等無縫結(jié)合。

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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(lián)網(wǎng)設(shè)備的通用操作系統(tǒng)基礎(chǔ)，以解決嵌入式設(shè)計的碎片化問題。支持所有重要的連接性與設(shè)備管理開放標準，以實現(xiàn)面向未來的設(shè)計。使安全可升級的邊緣設(shè)備支持新增處理能力與功能。通過自動電源管理解決復(fù)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(chǎn)化而設(shè)計，可離線開發(fā)，也可以在網(wǎng)頁上編輯。

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RTX這是ARM公司的一款嵌入式實時操作系統(tǒng)，使用標準的C結(jié)構(gòu)編寫，運用RealView編譯器進行編譯。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)（進程），除此之外還支持進程通信，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。

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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。

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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(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，這些用戶可以通過多個終端向系統(tǒng)提交任務(wù)，與QNX進行交互操作。

主要特點：核心僅提供4種服務(wù)，即進程調(diào)度、進程間通信、底層網(wǎng)絡(luò)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(wù)，都實現(xiàn)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。

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NuttXNuttX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)先級管理的擴展?？蛇x的具有地址環(huán)境的任務(wù)（進程）。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。

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都江堰操作系統(tǒng)（djyos）（注意：都江堰操作系統(tǒng)官網(wǎng)提示，stm32的f4和f7沒調(diào)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(diào)度核心，這種調(diào)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(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，可使程序員擺脫線程和進程的束縛。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)是以事件為核心進行調(diào)度的，這種調(diào)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。

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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。點評：阿里系，背靠阿里資源來勢洶洶殺入物聯(lián)網(wǎng)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！

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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。

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(chǎn)品，有大樹罩著。

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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(nèi)核、中間件組件和開發(fā)者社區(qū)于一體的技術(shù)平臺，由熊譜翔先生帶領(lǐng)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(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。RT-Thread具備一個IoT OS平臺所需的所有關(guān)鍵組件，例如GUI、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、安全傳輸、低功耗組件等。經(jīng)過11年的累積發(fā)展，RT-Thread已經(jīng)擁有一個國內(nèi)最大的嵌入式開源社區(qū)，同時被廣泛應(yīng)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(nèi)最成熟穩(wěn)定和裝機量最大的開源RTOS。點評：國內(nèi)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。

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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。點評：這家也是挺有意思的，2006年就開始了，吃軍工飯，最近一兩年才露頭角。其實力不容小覷！當然，RTOS并不僅上面這些，歡迎各位大神留言補充！北京漢通達科技主要業(yè)務(wù)為給國內(nèi)用戶提供通用的、先進國外測試測量設(shè)備和整體解決方案，產(chǎn)品包括多種總線形式（臺式/GPIB、VXI、PXI/PXIe、PCI/PCIe、LXI等）的測試硬件、相關(guān)軟件、海量互聯(lián)接口等。經(jīng)過二十年的發(fā)展，公司產(chǎn)品輻射全世界二十多個品牌，種類超過1000種。值得一提的是，我公司自主研發(fā)的BMS測試產(chǎn)品、芯片測試產(chǎn)品代表了行業(yè)一線水平。