當(dāng)今嵌入式系統(tǒng)中最重要的組件之一是“RTOS”或“實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)”，它負(fù)責(zé)從調(diào)度任務(wù)到啟用C和Python等高級(jí)語(yǔ)言的所有工作。那么，是什么讓RTOS成功了，為什么嵌入式開發(fā)人員要關(guān)心它呢？
RTOS與GPOS
通用操作系統(tǒng)（GPOS）。通用操作系統(tǒng)中的“通用”意味著操作系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)許多目標(biāo)，如提供良好的最終用戶體驗(yàn)、支持不同類型的程序和硬件以及提供定制選項(xiàng)等功能。
GPOS傾向于與處理器協(xié)同工作，其中每個(gè)內(nèi)核每次運(yùn)行一個(gè)執(zhí)行線程。在這里，操作系統(tǒng)的調(diào)度器決定運(yùn)行哪個(gè)程序以及何時(shí)運(yùn)行，并在每個(gè)程序之間快速切換。這導(dǎo)致了同時(shí)執(zhí)行的錯(cuò)覺，并希望提供良好的整體用戶體驗(yàn)。除此之外，GPOS還可以提供其他功能，如復(fù)雜的圖形用戶界面、復(fù)雜的文件I/O系統(tǒng)等。
另一方面，RTOS被設(shè)計(jì)為提供可預(yù)測(cè)的執(zhí)行模式，并且在處理必須符合有時(shí)間限制的系統(tǒng)的時(shí)間限制時(shí)（即，以某一頻率完成處理，否則整個(gè)系統(tǒng)將失?。┦褂?/span>RTOS。因此，與GPOS相比，RTOS通常重量輕、體積小，通常只提供在特定硬件上運(yùn)行特定類型應(yīng)用程序所需的功能。在某些情況下，嵌入式開發(fā)人員可能會(huì)修改現(xiàn)有的RTOS，將其縮減為僅特定應(yīng)用程序所需的功能，或自定義其功能或性能特征。
實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可分為：
軟的：RTOS通?？梢詽M足時(shí)間限制的最后期限；搶占期通常在幾毫秒內(nèi)。
牢固的：RTOS有一定的時(shí)間限制，這些限制并不嚴(yán)格，可能會(huì)產(chǎn)生不希望的但可接受的效果。
硬的：RTOS可以決定性地滿足時(shí)間期限。硬RTOS通常適用于涉及任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用程序（如機(jī)器人和無人機(jī)）的用例。硬RTOS的搶占期通常小于幾微秒。
與GPOS一樣，RTOS提供了您期望從OS中獲得的一些或所有基本功能，如線程同步、跨界通信（例如，命名管道）、計(jì)時(shí)器、內(nèi)存管理等。然而，RTOS努力以符合底層系統(tǒng)和目標(biāo)應(yīng)用程序的時(shí)間限制要求的方式提供此功能。
滿足截止日期
在允許RTOS滿足這些時(shí)間約束的眾多因素中，任務(wù)調(diào)度和中斷值得特別一提。
嵌入式開發(fā)人員使用GPOS，調(diào)度以通常實(shí)現(xiàn)高吞吐量(即單位時(shí)間內(nèi)完成執(zhí)行的進(jìn)程總數(shù))的方式來處理。但是，這可能意味著高優(yōu)先級(jí)流程的執(zhí)行將被延遲，以便完成多個(gè)低優(yōu)先級(jí)任務(wù)。另一方面，RTOS的價(jià)值是根據(jù)它的反應(yīng)速度或可預(yù)測(cè)性來衡量的，而不是根據(jù)它在給定時(shí)間內(nèi)完成的工作量來衡量的。
在RTOS中，調(diào)度通常基于優(yōu)先級(jí)。大多數(shù)RTOS使用基于優(yōu)先級(jí)的搶先任務(wù)調(diào)度方法。這里，高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程將在低優(yōu)先級(jí)進(jìn)程之上執(zhí)行。使用GPOS時(shí)，隨著需要調(diào)度更多線程，延遲會(huì)不斷累積。RTOS沒有這樣的問題，因?yàn)樗羞M(jìn)程和線程的延遲都是有時(shí)間限制的。RTOS還為您提供了一種確保共享系統(tǒng)資源不會(huì)被并發(fā)訪問的方法。
在嵌入式開發(fā)中，RTOS的內(nèi)核是可搶占的，而GPOS的內(nèi)核是不可搶占的，這在優(yōu)先服務(wù)高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程和線程時(shí)非常重要。如果沒有可搶占的內(nèi)核，來自內(nèi)核內(nèi)部的請(qǐng)求，比如來自驅(qū)動(dòng)程序或系統(tǒng)服務(wù)的請(qǐng)求，將會(huì)覆蓋所有其他進(jìn)程和線程。使用RTOS，只有非常重要的服務(wù)請(qǐng)求被保存在內(nèi)核調(diào)用中，所有其他服務(wù)請(qǐng)求都被視為外部進(jìn)程和線程。基于內(nèi)核的服務(wù)請(qǐng)求與RTOS的有限延遲相關(guān)聯(lián)，以保持快速和可預(yù)測(cè)的響應(yīng)。
結(jié)論
RTOS是確保嵌入式設(shè)備（如物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人和移動(dòng)設(shè)備）可預(yù)測(cè)和及時(shí)執(zhí)行的關(guān)鍵組件。因此，它的目標(biāo)是為時(shí)間受限的應(yīng)用程序提供設(shè)施，這些應(yīng)用程序必須在特定的時(shí)間框架內(nèi)執(zhí)行，同時(shí)最小化中斷和切換線程導(dǎo)致的延遲（如延遲）。
正如我們所看到的，在嵌入式開發(fā)中，有商業(yè)、開源和專有的RTOS可以用于嵌入式系統(tǒng)，它們提供了多種選項(xiàng)和功能，如可定制性、跨平臺(tái)或?qū)Ｓ弥С忠约柏S富的SDK支持。
