在上一篇文章“如何選擇嵌入式系統操作系統：操作系統特征”中，我們討論了團隊在選擇操作系統時權衡的系統特征。我們看到產品的生命周期成本、物理特性、實時性能、庫集成和安全性等特征發揮了作用（僅舉幾例）。今天的帖子將精確地探討何時何地使用裸機，RTOS和Linux是有意義的。請記住，這些是一般準則，因行業而異，甚至因產品而異。

何時使用裸機（無操作系統）

當您查看有關連接性，物聯網，機器學習和其他前沿主題的營銷標題時，您可能會認為每個嵌入式系統都需要操作系統。不幸的是，這種印象與事實相去甚遠！雖然許多尖端技術可能受益于操作系統，但對于相當多的應用程序，您可以在沒有RTOS或Linux的情況下生存。如果您查看2019年嵌入式市場調查，您會發現約50%的項目是裸機的！

在幾種情況下，不使用操作系統會很有意義。首先，如果您使用的是 8 位或 16 位微控制器，您幾乎總是希望使用裸機或使用輕量級協作調度程序。許多操作系統開發人員不會將他們的軟件移植到較小的架構中，因為這些系統已經受到處理器和資源限制。添加操作系統通常會消耗太多的時鐘周期，并使系統效率低下。

接下來，裸機解決方案在微控制器引腳數較少且可用的閃存和SRAM有限的應用中非常有意義。在資源受限的環境中工作時，每個字節和每個時鐘周期都會對產品是否可用產生影響。如果微控制器受到資源限制，最有效的解決方案可能是沒有操作系統。

最后，如果您正在處理一個沒有任何連接或高性能處理需求的“簡單”控制應用程序，則裸機可能對您的應用程序有意義。當今在嵌入式系統中使用操作系統的重要驅動因素之一是需要支持基礎設施代碼。例如，連接到互聯網的傳感器必須連接到云，管理安全分區，執行安全更新，運行DSP算法等。操作系統可以幫助管理所有這些活動的時間和資源，但是如果您沒有所有這些內容，則可能不需要操作系統。

何時使用實時操作系統

當微控制器的板載資源達到40 MHz的最低時鐘速度，具有至少64千字節的閃存和8千字節的RAM時，使用操作系統的大門就開始了。如果做得更少，您將花費更多時間與RTOS的需求而不是應用程序的需求作斗爭。例如，當您使用 RTOS 時，每個任務都有自己的堆棧。堆棧至少需要 512 – 1024 字節的 SRAM。如果你的設計需要六個任務，你很快就會耗盡內存。你可能需要更多的閃存和RAM來構建一個合適的系統。

當我決定是使用RTOS還是裸機時，我問自己幾個問題：

添加實時操作系統是否會簡化軟件架構？

添加實時操作系統會提高軟件的可維護性嗎？

應用程序的實時性能是否會得到改善？

RTOS是一種工具，應該為應用程序和整個軟件開發生命周期提供價值。如果RTOS是一個障礙，那么就不應該僅僅因為我想使用它而使用它。

在一些特定的應用中，使用RTOS是立即有意義的。例如，如果我正在開發物聯網產品，我幾乎總是使用RTOS。這是因為RTOS提供了工具和機制，可以輕松管理低級資源并將應用程序分解為半獨立的程序。當應用程序很復雜時，將應用程序分解為任務是非常有意義的。例如，物聯網產品通常需要幾個任務來管理連接，更不用說最終應用了。另一個例子是具有顯示器的設備，盡管有時這些應用程序最適合多核處理器。

何時使用 Linux

近年來，在嵌入式系統中使用Linux已成為一種流行的選擇。Linux受歡迎的部分原因是它提供了一個功能齊全的操作系統，其中包含隨之而來的所有花里胡哨的東西。Linux帶有大量的庫和功能。開發人員可以利用多任務處理，甚至是內核的實時補丁。此外，運行Linux的硬件成本在過去五年中急劇下降，使其成為特定應用程序的令人興奮的解決方案。

在考慮一個項目是否可以使用嵌入式Linux時，我會考慮以下幾點。首先，產品必須能夠支持硬件的財務成本。我最近有一個客戶，我第三次幫助重新設計他們的產品，因為前兩位設計師無法滿足制造價格目標。該產品的目標受眾愿意為該產品支付約40美元。最初的設計師使用Linux構建了一個系統，材料清單成本超過100美元！使用微控制器和操作系統的RTOS重新設計產品，我能夠將BOM降低到11美元左右。這就是擁有一家可持續發展的公司和一家不存在的公司之間的區別。

使用 Linux 時要考慮的第二點是產品的卷。如果你有一個小批量的產品，用戶可能已經支付了更多的金額。當您查看非經常性工程成本和產品成本之間的權衡時，您可能會發現使用Linux可以大大減少NRE和上市時間。如果客戶對價格不敏感，Linux可能更具商業意義。

最后，我們不能忘記Linux為我們提供了強大的抽象，服務和庫，可以簡化工程。如果我們的產品非常復雜，我們可以利用Linux來簡化我們與硬件的交互方式。我們可以使用更現代的編程語言，如Python。如果需要，我們可以自定義內核。Linux非常適用于許多嵌入式應用程序。如果您需要靈活性和利用現有庫的能力，Linux可能是您應用程序的絕佳選擇。

結論

選擇用于嵌入式產品的操作系統可能會成就或破壞項目。過于輕量級會導致開發團隊花費更多的精力和時間來使事情正常工作。另一方面，過重會導致更高的物料清單成本。正如我們所看到的，為您的應用程序選擇正確的操作系統歸結為權衡對您的團隊和用戶最重要的東西。

審核編輯 黃昊宇