几乎所有现代嵌入式系统都是使用某种操作系统(OS)构建的。这意味着选择该操作系统往往发生在设计过程的早期。许多嵌入式开发人员认为这一选择过程具有挑战性。如何为你的特定应用程序选择操作系统?

选择标准

操作系统的选择是由你可能会问自己或别人的一系列问题决定的。很容易想象这都是关于操作系统的技术问题，事实上，这些问题主导了整个过程。然而，需要考虑商业因素(如成本)，也不能忽视个人体验等因素。

1.技术因素

操作系统的技术方面在选择过程中占主导地位。在考虑其他参数之前，需要完全弄清楚这些问题。

你的应用程序是实时的吗?

在实时应用程序中，响应时间至关重要。它可能不够快，但需要在可预测的(确定性的)时间内对外部事件做出响应，它必须足够快(或慢)。对操作系统选择的影响是，实时操作系统(RTOS)最有可能是正确的选择，因为它是专门为适应应用程序的要求而设计的。Linux本质上不是实时的，但是实时扩展可能使它成为一个可行的选择。

内存大小有限吗?

过去，嵌入式开发系统的内存容量通常非常小，可能只有几k。如今，虽然微控制器的片内存储器可能仍有很大限制，但提供的内存容量要大得多。在设计完成后，给系统增加更多的内存并不容易。更重量级的操作系统，如Linux，非常需要内存，所以空间限制是一个真正的挑战。大多数RTOS产品要轻得多，而且很可能是可伸缩的，这意味着内存只用于实际需要的功能。

CPU功率有限吗?

CPU的能力是衡量它在给定时间内可以做多少工作——可以执行多少指令。大多数嵌入式设计的CPU都有足够的能力，但可能没有多余的能力。任何一种OS都是开销;它的执行使用CPU的能力，但不直接影响应用程序的功能。将这种开销保持在最低水平通常很重要。操作系统的效率差异很大，但是RTOS的产品倾向于最节约地使用CPU。

设备功耗是个问题吗?

嵌入式系统的功耗越来越成为优先考虑的问题。这通常用于延长电池寿命，但也可能是出于环境考虑。历史上，功耗被认为是一个纯粹的硬件问题。现在人们认识到，软件可以大大有助于优化能源的使用。简单地说，在嵌入式开发中，代码越小，需要的内存就越少，这样就节省了能量。类似地，代码的效率对必要的CPU能力有影响。RTOS很可能是紧凑和高效的。

许多系统都包括电源管理功能。这可能只是低功耗模式(如睡眠和挂起)的可用性，但更高级的电源管理正变得越来越普遍。这可能包括外设的选择性断电以及CPU电压和时钟频率的控制。Linux和许多RTOS产品都支持电源管理。

你的系统有模糊的或定制的外围设备吗?

嵌入式应用中最具挑战性的一些代码是与外围设备的接口。使用操作系统时，这通常封装在驱动程序中。大多数RTOSes都提供了大量标准设备的驱动程序。Linux有更多的功能，包括对许多不太知名的硬件的支持。如果你有自定义外设，显然没有支持将是可用的，所以将需要一个自定义驱动程序。RTOS供应商通常在这方面提供良好的支持。Linux驱动程序开发专业知识是相当普遍的。

你有内存管理单元(MMU)吗?

大多数高端嵌入式开发CPU都有一个MMU，至少作为一个选项。这允许重新映射和/或保护存储区域。MMU对于部署Linux是必不可少的;如果没有MMU可用，Linux不是一个选项。RTOSes通常不需要MMU，但是如果可以的话，许多人可以通过促进“轻量级进程模型”(也称为“线程保护模式”)来利用MMU。

应用程序安全性是一个问题吗?

一些嵌入式应用具有安全意识——必须保护代码免受外部干扰。这可以看作是保护每个任务不受其他任务的影响。Linux等使用的进程模型。使用MMU是增加安全性的一个非常好的方法。如果RTOS可以利用MMU，如上所述，这可以用更少的开销提供几乎同样多的安全性。

你的应用需要安全认证吗?

在许多行业——如航空航天、医疗、汽车和工业——都有安全认证计划。获得认证的过程既复杂又昂贵。通常需要整个应用程序的所有源代码，包括操作系统。因此，拥有操作系统源代码是必不可少的;源代码并不总是可用的。在某种程度上，要认证的代码的大小会影响过程的成本，因此操作系统越小越好。

在嵌入式开发中，通常不可能只对操作系统进行认证，而是对整个应用程序进行评估。但是，一些RTOS供应商可以提供“预认证包”，其中提供了操作系统所需的大量初始文档。当然，选择在类似应用领域有使用和认证“记录”的操作系统也是明智的。

2.商业因素

虽然工程师喜欢嵌入式软件开发的技术挑战，但这类项目也要考虑商业因素。一切都归结于钱。实施操作系统需要资金，但却可以获得：

l内部开发显然要花钱

l一件商品有一个价格

l开源不是“免费的”存在实施成本和持续维护

商业操作系统产品有多种商业模式。例如，可能会有一个低的起始付款和每单位装运的持续版税，或者可能会有一个较大的前期费用，没有持续的版税。可接受的型号取决于售价和预计的出货量。

3.其他考虑

操作系统选择过程中容易被忽略的一个方面是利用过去的经验。嵌入式开发团队可能以前使用过一个或多个操作系统，这可能会产生重大影响。例如，获取操作系统API的详细知识需要一些时间，因此能够重用这些知识是一个很大的好处。如果API是专有的，这可能是一个指向特定产品的强指针。如果API是一个标准，比如POSIX，你仍然可以选择。当然，使用混乱和不灵活的API的糟糕体验可能会产生相反的效果!

与特定供应商合作的经验是另一个因素。他们的技术支持好吗?文档符合标准吗?源代码是否可用并得到了很好的评论?

多核系统和操作系统选择

使用多核设计实现嵌入式系统变得越来越普遍。从软件的角度来看，有两种多核系统：

l对称多处理(SMP)，其中所有内核都是相同的，一个操作系统运行在所有内核上。

l不对称多处理(AMP)，内核不一定完全相同，每个内核都运行自己的操作系统。

对于SMP系统，操作系统的选择是按照本文到目前为止所描述的方式进行的，另外一个因素是操作系统必须支持SMP功能。Linux有SMP形式，许多RTOS产品也提供它作为一个选项。对于AMP系统，需要根据其具体要求，使用上述方法为每个内核选择操作系统。

结论

总的来说，可以看出，对于选择嵌入式操作系统的问题，没有真正简单的答案。有许多相互关联的因素。重要的是，不仅要关注技术方面的考虑，还要考虑商业问题和过去的经验。

对于台式电脑，有大约四种操作系统可供选择。在嵌入式开发领域，至少有几十个。这是为什么呢?简单地说，台式电脑都大同小异，但每个嵌入式系统都不一样。这种差异既是技术上的，也是商业上的。因此需要详细的选择过程。