如何选择您的嵌入式系统操作系统：操作系统特性

Costs and the business aspects of building products are key criteria, but attributes like available libraries, security, and maintainability also play an essential role.

嵌入式系统开发人员如今可以使用范围广泛的操作系统。当然，最直接的操作系统就是没有操作系统！然而，当今的许多系统都是复杂的连接系统，可能需要操作系统。需要时，开发人员通常会寻求使用实时操作系统 (RTOS) 或 Linux 来帮助他们管理复杂性。不幸的是，如何在裸机、RTOS 或 Linux 之间进行选择并不总是很明确。每个选项都有其优点和缺点。

这篇文章将探讨您在选择操作系统时应考虑的系统特性。然后在下一篇文章中，我们将介绍何时最适合使用每个操作系统。

产品的生命周期成本

为您的嵌入式系统选择操作系统首先要了解您的产品的生命周期成本和要求。需要在产品的物料清单 (BOM) 成本和软件维护成本之间进行权衡。例如，使用 Linux 的嵌入式系统更容易利用开源软件并找到可以编写系统软件的开发人员。但是，基于 Linux 的系统比基于微控制器的系统具有更复杂的硬件要求，并且可能具有更高的 BOM 成本。基于微控制器的系统成本可能较低，但能够成功设计和维护这些系统的开发人员也较少。

设计人员需要权衡硬件和软件成本，以确定他们的产品使用可以运行 Linux 的硬件是否有意义，或者是否更适合使用更便宜且 CPU 密集度更低的解决方案。

要考虑的物理特性

说到硬件功能和要求，在选择嵌入式操作系统时，检查硬件选择的物理特性也是必不可少的。应考虑的微处理器或微控制器的物理因素包括：

外围功能集

CPU时钟速度

可用的闪存

可用内存

硬件对您的系统施加的物理限制可能会立即限制您可以使用哪些选项。例如，运行嵌入式 Linux 通常需要处理器包含内存管理单元 (MMU)。不幸的是，微控制器没有 MMU。因此，要运行 Linux，设计人员至少需要 Cortex-A 范围内的应用处理器，而不是 Cortex-M 系列中的微控制器（尽管情况变化很快，有人可能拥有具有 MMU 和合理时钟速率的微控制器）。

要运行嵌入式 Linux，硬件还必须具有至少 8 GB 的存储空间、16 GB 的 RAM 和 8 – 16 MB 的内部闪存存储空间。像 Linux 这样的内核也可能需要至少 500 MHz 的处理器。这些比运行 RTOS 所需的要高得多，后者至少需要 4 kB 的 RAM、64 kB 的闪存和运行在 24 MHz 的 CPU。  

实时性能

我从经验中知道，探索裸机、RTOS 和基于 Linux 的系统之间的实时性能特征是一个烫手山芋。专注于基于微控制器的实时系统的工程师经常会告诉您，您无法从 Linux 系统中获得实际的实时性能。Linux 工程师会告诉你这不是真的。有实时补丁，它提供了实际的实时行为。从那里开始，争论通常会变得激烈。

无论您站在哪一边，都必须查看实时要求并在选择操作系统时使用它们。评估系统需要的确定性，并根据这些需求评估您的操作系统。我已经看到了运行良好的 Linux 实时版本。其他没有。没有普遍正确的答案，只有适合您的应用的答案。

软件库集成

使用裸机、RTOS 或 Linux 之间的显着差异之一是开发人员可用的软件库的可用性和集成程度。在裸机空间中，您只能靠自己。您要么从头开始编写软件，要么自己集成第三方库。另一方面，RTOS 将附带一套已经与 RTOS 集成的库。例如，可能会发现循环缓冲区、内存管理工具、文件系统等。更多的库可用和集成，但可能仍然需要自己做一些工作。

当您查看 Linux 时，感觉就像开发人员拥有几乎无限的可用库，并且已经与系统集成。嵌入式 Linux 最具吸引力和增值的特性是软件库的可用性和集成。开发人员可以使用一个整体的操作系统。这很强大，但也有潜在的危险。  

不要忘记安全性

如今，许多设计人员正在构建必须具有安全解决方案的连接系统。操作系统在安全解决方案中发挥着重要作用。例如，如果在 Linux 内核使用的标准库中发现漏洞，则在修补之前的每个 Linux 设备都有该漏洞。裸机或基于 RTOS 的系统很可能不会有同样的漏洞。特定的操作系统比其他操作系统更容易成为黑客的目标，因为他们可以使用工具集来破解这些设备。例如，我已经将使用 RTOS 的嵌入式系统直接放到互联网上而没有受到保护，并且它们使用了数周而没有受到损害。我曾经把一个基于 Linux 的系统放到互联网上，它在 48 小时内就被黑客入侵并成为中国僵尸网络的一部分。在 Linux 系统防御中，  

结论

开发人员在选择操作系统时应考虑许多特性。第一个特征更多地与成本和构建产品的业务方面有关。然而，更重要的属性，如可用库、安全性、可维护性等，也起着至关重要的作用。那么您应该使用哪种操作系统以及在什么情况下使用呢？在下一篇文章中，我们将探讨这个问题并提供有关在何处使用裸机、RTOS 和 Linux 的指南。

审核编辑 黄昊宇